【摘 要】
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全聚合物太阳电池的活性层是由聚合物给体和聚合物受体组成,因其具有可大面积溶液加工、稳定性好、化学结构可调性强等优势,近年来逐渐成为有机光伏领域的研究热点。随着聚合化小分子受体策略的出现,将小分子受体高的吸光系数、宽的吸光范围与聚合物良好的成膜性和稳定性等优势结合在一起,全聚合物太阳电池的能量转换效率获得了快速地提升。在本文中,我们设计并合成了基于苯并三氮唑的稠环和非稠环聚合化小分子受体,系统研究了
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全聚合物太阳电池的活性层是由聚合物给体和聚合物受体组成,因其具有可大面积溶液加工、稳定性好、化学结构可调性强等优势,近年来逐渐成为有机光伏领域的研究热点。随着聚合化小分子受体策略的出现,将小分子受体高的吸光系数、宽的吸光范围与聚合物良好的成膜性和稳定性等优势结合在一起,全聚合物太阳电池的能量转换效率获得了快速地提升。在本文中,我们设计并合成了基于苯并三氮唑的稠环和非稠环聚合化小分子受体,系统研究了聚合位点对材料和器件光电性能的影响。在第二章中,我们设计并合成了基于苯并三氮唑的稠环聚合化小分子受体PT1-γ和PT1-δ,分子中的长烷基侧链使其具有良好的溶解性。系统研究了聚合位点对聚合物受体的光学性能、电化学性能、热学性能、载流子迁移率及其全聚合物太阳电池器件性能的影响。结果表明,与PT1-δ相比,PT1-γ具有更窄的带隙、更红移的光谱吸收和更高的电子迁移率。基于PBDB-T:PT1-γ的全聚合物太阳电池获得了11.94%的能量转换效率（PCE）,其短路电流密度(Jsc)为21.25 m A cm-2,开路电压(Voc)为0.89 V,填充因子（FF）为63.22%,高于PBDB-T:PT1-δ的9.78%。除此之外,得益于PT1-γ和PT1-δ良好的溶解性,经非卤溶剂邻二甲苯（o-xylene）加工的器件分别获得了10.48%和7.94%的能量转换效率。在第三章中,我们设计并合成了基于苯并三氮唑的非稠环聚合化小分子受体PFBTz-HD-γ和PFBTz-HD-δ。在F…H、F…S和F…π等非共价键作用下,PFBTz-HD-γ和PFBTz-HD-δ均具有良好的平面性。系统研究了聚合位点对材料和器件光电性能的影响,基于PBDB-T:PFBTz-HD-γ的全聚合物太阳电池获得了9.79%的PCE,Jsc为17.52m A cm-2,Voc为0.84 V,FF为66.18%。而基于PBDB-T:PFBTz-HD-δ的全聚合物太阳电池PCE仅为0.51%,Jsc为2.07 m A cm-2,Voc为0.89 V,FF为27.85%。两者效率的巨大差异主要源于聚合位点对活性层形貌的影响,PBDB-T:PFBTz-HD-γ活性层具有良好的互穿网络结构、合适的相分离尺寸以及face-on为主的分子堆积,导致其更高效的激子解离、高且平衡的电子/空穴迁移率和更弱的电荷复合。
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