【摘 要】
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有机太阳能电池（OSCs）具有轻便、灵活性好、半透明并且可以大面积生产的优势,成为最有前景的新型光伏科技之一。近年来,由于Y-系列分子的出现以及器件工程的优化,OSCs的能量转化效率（PCEs）不断刷新。本文采用两种策略来提高OSCs的器件效率。（ⅰ）通过粘性寡聚物添加剂调节本体异质结（BHJ）活性层电荷传输和介电性质,进而改善短路电流(JSC)和填充因子（FF）实现较高的PCEs。（ⅱ）在二元O
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有机太阳能电池（OSCs）具有轻便、灵活性好、半透明并且可以大面积生产的优势,成为最有前景的新型光伏科技之一。近年来,由于Y-系列分子的出现以及器件工程的优化,OSCs的能量转化效率（PCEs）不断刷新。本文采用两种策略来提高OSCs的器件效率。（ⅰ）通过粘性寡聚物添加剂调节本体异质结（BHJ）活性层电荷传输和介电性质,进而改善短路电流(JSC)和填充因子（FF）实现较高的PCEs。（ⅱ）在二元OSCs中,引入线型或多维的第二个非富勒烯受体分子来调节BHJ活性层的分子聚集行为,获得较高的FF。此外由于其具有更高的最高占据分子空轨道（HOMO）,可实现较高的开路电压(VOC),最终得到优异的PCEs。本文中的寡聚物和非富勒烯受体,均是由C-H键直接芳基化的方法合成。此方法作为一种构建C-C单键的有效策略,具有原子经济且绿色的特点,可成功克服传统Stille、Suzuki和Negishi等偶联方法存在的问题,如合成步骤繁琐、需要多步纯化并且通常会使用有毒且危险的化学试剂等。主要研究结果如下:（1）通过C-H键直接芳基化的方法,合成两个基于异靛蓝（IID）和环戊二噻吩（CPDT）构建单元的给体-受体（D-A）型π-共轭寡聚物PCID-1和PCID-2。这种软且粘稠的寡聚物可以很好地与共混膜中的给体和受体相容。将该粘性添加剂引入BHJ后,电子-空穴对的结合能显著降低,空穴迁移率从2.71×10-5提高到了2.19×10-4 cm~2 V-1 s-1。最终非富勒烯OSCs得到更高的JSC和FF,进而得到优异的PCEs值。（2）通过原子和步骤经济的C-H键直接芳基化的方法,合成了由芴和螺芴分别作为中心核的线型和多维非富勒烯受体。研究表明,将基于正交螺芴结构的受体分子引入到二元BHJs中作为第三组分,OSCs的效率明显增加。基于PTB7-Th:IEICO-4F:SFCPDT的三元OSCs器件效率更高为13.47%,高于二元PTB7-Th:IEICO-4F体系的12.40%。三元共混膜表现出更高且更平衡的载流子迁移率。在FLIDT和SFIDT作为第三组分基于PBDB-T-2F:IT-4F的三元体系中也会出现这种积极的作用。
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