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在最近一个世纪以来,太阳能电池的发展发生了翻天覆地的变化,并取得了非常优异的成绩。有机光伏电池(OPVs)在制备价廉、柔性和轻便的器件方面有很大的潜力,因而受到广大研究爱好者的关注。本文用噻吩-苯-噻吩(TBT)与异靛(ID)分别作为推电子结构单元和拉电子结构单元,设计并合成出一系列小分子和聚合物光活性层材料,并详细研究了化学结构与其聚集态、吸收光谱、能隙、与富勒烯衍生物的共混性能、载流子传输和光伏性能的关系。1、以异靛为核,噻吩-苯-噻吩为臂,通过Stille偶联反应得到了中间体化合物I4,随后通过Knoevenagel缩合反应在I4的两端引入末端基团1,3-茚满二酮和3-乙基绕丹宁,从而得到A1-D-A2-D-A1结构的有机小分子光伏材料S6和S7。研究发现,引入末端基团1,3-茚满二酮和3-乙基绕丹宁的S6和S7有较低的HOMO能级,故S6和S7器件都表现出超过1 V的开路电压。茚满二酮封端的S6比绕丹宁封端的S7具有更有序的分子堆砌,更低能隙,更宽的吸收光谱,更高的吸收系数,S6器件的短路电流密度Jsc为8.49 mA cm-2,而S7器件的Jsc只有2.37 mA cm-2。前者的PCE为4.70%,这是后者PCE的七倍以上(0.66%)。2、以噻吩-苯-噻吩(TBT)与异靛(ID)分别作为推电子结构单元和拉电子结构单元,在TBT单元和ID单元上引入不同长度的烷基侧链,并将一个重复结构单元中的侧链固定为C48H100,设计并合成了三种D-A型共轭聚合物,随着TBT单元上的烷基链增长,ID上的烷基链减短,三种聚合物分别命名为PTBTEH-IDHD、PTBTHD-IDEH和PTBTOD-IDB。研究结果表明,长的支链在TBT单元,短的直的侧链在ID单元的聚合物PTBTOD-IDB显示了较强的链间相互作用,在邻二氯苯溶液和薄膜中都具有更强的光吸收能力,更低的带隙,更强的π-π堆砌作用,与PC71BM有更合适的微相分离,更高的空穴迁移率和更优秀的光伏性能。基于PTBTOD-IDB的聚合物太阳能电池的能量转换效率为5.29%,这是基于PTBTEH-IDHD的PCE值的8倍(0.67%)。该工作系统研究了烷基侧链在推拉电子结构单元上的长度差异对光伏性能的影响,同时也避免了重复结构单元中侧链的不同碳原子数导致溶解性和形貌的差异而带来的系统误差。