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六苯并晕苯（Hexa-peri-hexabenzocoronene，HBC）是一种由42个碳原子、13个六元环构成的盘状液晶材料，可以看作为石墨烯的最小构筑单元。其分子之间具有很强的π-π堆叠的共轭作用。在进行一定的修饰后，HBC能够形成一维纳米线、碳纳米管等稳定的自组装结构，在轴向方向具有极高的载流子迁移率。这些性能使得HBC在有机光电子材料领域具有很大的应用潜力。然而，目前的研究中，基于六苯并晕苯材料的有机太阳能电池效率并不理想，最高效率仅为2.6％左右。这个现状与与其优良的光电性能极是不相称的。 我们认为HBC两方面的不足导致了上述的结果。第一，HBC分子的吸收光谱范围较窄，禁带宽度过大，导致其难以充分吸收和利用太阳光。第二，由于HBC分子自组装能力过强，导致其在太阳能电池器件的活性层中，形成了相畴较大的自聚集，与PCBM等受体材料相容性较差。这使得激子很难传输到材料给受体界面进行分离。针对上述的问题，本论文开创性的将HBC引入到共轭聚合物中，希望通过合理的分子设计，发挥HBC的自组装、载流子传输等方面的长处，克服其在吸收光谱和活性层形貌上的不足，提高基于HBC的聚合物太阳能电池的效率。 (1)设计合成了基于HBC和PCDTBT的三组分共聚物，PCDTBT-5HBC和PCDTBT-10HBC，以PCDTBT二元共聚物作为对比，研究HBC的引入对于该聚合物的影响。研究发现，含有HBC的聚合物表现出了更好的热稳定性、更宽的吸收光谱和更低的HOMO能级。更重要的是，HBC使聚合物分子间π-π共轭作用显著增强，其结果是场效应迁移率提高了一个数量级以上。随着HBC含量的增加，光伏器件的开路电压和短路电流同步增加，光电转化效率从3.21％提高到4.20％。 (2)以高效率的PTh4FBT二元D-A光伏共聚物为研究对象，在其中分别引入0、2.5、5和10％的HBC，设计合成了四种新的聚合物，以研究HBC作为第三组分对于高性能聚合物光伏材料的影响。研究发现，HBC含量变化，对于材料的热力学、光学以及电化学性能影响较小。然而，材料的光伏性能却随着HBC含量的增多，呈现出先升后降的规律。特别是从0％到2.5％再到5％，器件的短路电流、填充因子和光电转化效率呈现同时递增的趋势。PTh4FBT、PTh4FBT-2.5HBC、PTh4FBT-5HBC和PTh4FBT-10HBC的效率分别为6.07、6.81、7.56和7.20％，引入5％HBC后，材料的效率提高了24.5％。 (3)使用Suzuki偶联反应，选用不同的烷基链和π桥单元，设计合成了基于HBC和强吸电子单元吡咯并吡咯二酮(DPP)的系列D-A型共聚物PHBCDPP。结果发现，DPP单元的引入有效拓宽了基于HBC材料吸收光谱，降低了材料的禁带宽度。其中以联噻吩为π桥的聚合物PHBCDPPDT的吸收光谱范围最宽，主要源于其构筑的聚合物分子具有更长的共轭长度和以及更好的平面空间构型。四种聚合物PHBCDPPC20、PHBCDPPC8、PHBCDPPF和PHBCDPPDT的场效应迁移率分别为1.35×10-3、2.31×10-4、2.79×10-4和8.60×10-3cm2V-1 s-1，四种聚合物制备的光伏器件的转化效率分别为2.12、2.85、1.89和2.74％。2.85％是目前基于HBC有机光伏材料的最高效率值。 (4)为了解决HBC材料相分离尺寸过大的问题，我们设计合成了两种基于HBC的聚合物PHBC-T4和PHBC-T4-DPP。引入DPP到体系后，材料的吸收光谱明显拓宽(600到750nm)，禁带宽度变窄（2.04到1.64eV），但材料的HOMO能级有所提高。两种聚合物都表现出良好的P型场效应晶体管性能，其空穴迁移率分别达到8.8×10-3和8.6×10-3cm2V-1 s-1，性能已经非常接近目前基于HBC的场效应迁移率最大值。GIXRD的测试结果表明，PHBC-T4薄膜以edge-on方式择优排列，结晶性能优于PHBC-T4-DPP。PHBC-T4和PHBC-T4-DPP的光电转化效率分别为1.24％和2.74％，PHBC-T4-DPP效率更高的主要原因是因为更宽的吸收光谱。