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本论文的主要工作是基于镁卟啉供体材料的设计与合成及其电池器件制备特别是形貌控制。在镁卟啉分子骨架上通过炔键桥联引入不同的芳香基团和受体单元,以构建分子内的供受体系,调节分子内电荷转移强度和分子间相互作用。同时通过改变芳香基团类型,受体基团的数量,受体基团的硒取代效应,受体基团的末端烷基修饰等对整个分子的光吸收能力,能级水平和匹配,迁移率,电荷分离和重组,混合活性层相分离尺度以及最终的光电转换效率进行调节。我们最终开发出了光电转换效率分别超过5.7%,6.1%,7.4%的给体材料,对设计效率更高的给体材料有一定的指导和借鉴意义。在第二章中,基于镁四乙炔卟啉前体,通过Sonogashira偶联反应,一次性引入四个受体基团(S-DPP),最终合成了具有D-(π-A)4分子骨架的星型供体材料Mg-TEP-(S-DPP)4。通过后续的电化学和光物理测试,我们发现这种星型分子具有以下优点:(1)D-(π-A)4结构因为受体基团有四个,有助于增强分子内电荷转移强度(ICT),从而实现在可见光和近红外区域强而宽的光吸收,这有利于获得更高的短路电流密度(JSC);(2)具有较低的能级水平和较窄的能带间隙,有利于和PC61BM的能级匹配并减少能量损失(Elass=Eg-q Voc);(3)星形卟啉具有良好的分子间相互作用和适度聚集,通过溶剂添加,如吡啶与卟啉金属中心配位,能够有力地抑制过度自聚集,促进分子在混合薄膜中的有序排列;(4)星型卟啉的共平面性有助于分子间π-π堆积,有利于获得高空穴迁移率。综合以上优点,利用目标分子Mg-TEP-(S-DPP)4制备有机小分子太阳能电池器件,通过形貌控制和器件结构的优化,最终我们获得了 7.4%的较高光电转换效率。在第三章中,利用硒(Se)原子的富电子和重原子效应以及末端烷基修饰来调节受体基团以构建新的目标分子Mg-TEP-(Se-DPP)4,详细地研究硒原子取代效应及末端烷基修饰与目标分子能级水平、能带间隙、分子内电荷转移及吸收光谱红移,激子解离和重组概率,载流子迁移率等的相互关系。根据获得的实验数据进行深入分析,得出目标分子Mg-TEP-(Se-DPP)4具有以下特征:(a)较窄的能带间隙;(b)更匹配的能级水平;(c)在紫外-可见及近红外区域的广谱吸收;(d)混合膜的形貌稍差。然后在器件制备时相应地引入热退火,溶剂蒸汽退火,溶剂和添加剂掺杂等手段调控形貌,最终我们获得了 6.1%的光电转换效率。在第四章中,基于之前报导的D-(π-A)2分子骨架,我们系统地研究了meso位芳香基团取代效应对电池器件光伏效应的影响。最终我们发现,只有正己基芳香基团能够明显地影响薄膜形貌以获得较小的相分离状态,有利于获得高填充因子(FF)。此外,具有正己基的目标分子Mg-TEP-DPP2Ar2具有高溶解度可以实现更高浓度的活性层溶液,最终得到良好的PCE为5.73%。