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近年来,有机太阳能电池以它的制备工艺相对简单,原料价格相对便宜,材料设计的多变性以及大面积制备的可能性等特点,在太阳能电池领域中逐渐崭露头角,成为了国内的研究热点之一,以叠层有机太阳能电池为例,其光电转化效率已经超过了 14%。虽然目前在国内产业化较为困难,但随着对有机太阳能电池的更深入的研究,它的应用前景还是非常可观的。活性层在太阳能电池的光电转化中起到了决定性的作用。非富勒烯材料的异军突起,使得活性层材料设计多元化。本论文以非富勒烯材料为研究对象,设计并合成了一系列非富勒烯材料,并对其光伏性能进行表征,从中去研究非富勒烯材料所存在的一些科学问题,希望能対有机太阳能电池活性层的设计提供思路。本文的主要工作如下:1.以吡咯并吡咯二酮(DPP)为核心的窄带隙给体聚合物PDPP3T、PDPP4T、PDPP5T和PDPP6T与非富勒烯受体材料ITIC相匹配,制备有机太阳能电池器件。其中以PDPP5T为电子给体的电池器件最优效率达到了 4.1%,外量子效率达到了0.4,而基于PDPP3T为给体材料的电池器件光电转化率却只有1.9%。在这个基础上我们对电池器件活性层的微观形貌进行了进一步探索发现给受体聚合物互溶性过差导致体异质结结构存在缺陷,影响了电池器件性能。2.以苝酰亚胺(PBI)为核心构建了非富勒烯小分子受体(trans-PBI、cis-PBI),基于它们为电子受体的电池器件中分别获得了 0.13%,7.6%的光电转化率(PCE),以cis-polyPBI和PBDB-T构建的全聚合物太阳能电池器件获得了 6.3%的高PCE。FET 测得的电子迁移率分别为 8.6×10-3cm2 V-1s-1、3.2×10--3cm2 V-1s-1、1.2×10--2cm2 V-1s-1,扭曲共轭骨架的受体材料cis-PBI、cis-poly PBI迁移率结果表明小角度的扭曲共轭骨架对受体的电子迁移率影响不大。通过对器件性能和形貌的研究表明,载流子迁移率不匹配以及相分离尺寸过小等缺陷会降低太阳能电池的性能。