【摘 要】
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在过去的20年中,富勒烯类有机分子材料在高性能有机太阳能电池研究中一度成为不可或缺的受体材料。然而,由于富勒烯类受体通过化学修饰实现电子结构（能级和带隙）的调节在有机合成方法方面受到一定程度的制约,进而在有机太阳能电池工作机制约束下,限制了其和广泛发展的给体材料间的优化匹配利用,研究人员转向开发可替代的非富勒烯小分子电子受体材料,并发展成为有机太阳能电池材料领域新的研究热点。与富勒烯受体相比,非富
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在过去的20年中,富勒烯类有机分子材料在高性能有机太阳能电池研究中一度成为不可或缺的受体材料。然而,由于富勒烯类受体通过化学修饰实现电子结构（能级和带隙）的调节在有机合成方法方面受到一定程度的制约,进而在有机太阳能电池工作机制约束下,限制了其和广泛发展的给体材料间的优化匹配利用,研究人员转向开发可替代的非富勒烯小分子电子受体材料,并发展成为有机太阳能电池材料领域新的研究热点。与富勒烯受体相比,非富勒烯小分子受体具有电子结构和聚集态结构易于通过化学结构修饰调节以及宽的光谱吸收范围（甚至可以覆盖近红外区）等独特优点。非富勒烯受体小分子通常由共轭骨架和侧链组成,其中共轭骨架由缺电子端基（A）-给电子中心单元（D）-缺电子端基（A）构成（即ADA型）,这些组成部分共同决定材料最终的光电性能。芴作为一类特殊的刚性平面共轭骨架单元,其衍生物表现出许多独特的光电性能。芴类化合物结构具有如下特点:（1）芴环是特殊的联苯结构,具有较高的热稳定性和光化学稳定性;（2）芴的2、7-位以及9,9-位易于修饰,可以引入多种官能团;（3）芴本身是煤焦油的分离产品之一,价格低廉,原料易得。为发掘芴作为构造单元获得新型高性能非富勒烯小分子受体的潜力,本文以芴为基本单元设计并合成9,9位链接不同类型取代基、具有不同共轭结构的中心单元（D）制备非富勒烯受体小分子,并研究受体材料的光电性能。主要内容如下:（1）含芴基十一元稠环中心单元的ADA型小分子受体。在9,9位二烷基链取代芴的基础上,通过稠合二噻吩[3,2-b:2’,3’-d]并吡咯（INP）得到含十一元稠环结构的新给体单元,然后以5,6-二氟-3-（二氰基亚甲基）茚-1-酮为缺电子端基制备了新型ADA型受体小分子INPDFIC。INPDFIC的HOMO、LUMO能级分别为-5.35和-3.80 e V,光学带隙为1.5 e V,具有作为受体材料的潜力。（2）含芴基碳-氧桥七元稠环中心单元ADA型小分子受体。基于碳-氧桥联共轭结构具有较强的给电子能力和刚性平面,通过9,9位二烷基链取代芴与噻吩间形成碳-氧桥联,合成了含碳-氧桥的七元稠环二噻吩环戊芴（DTF）中心单元,将其进一步与5,6-二氟-3-（二氰基亚甲基）茚-1-酮缺电子端基共价连接得到了受体小分子CO5DFIC,其HOMO和LUMO能级分别为-5.72和-4.01 e V,光学带隙为1.71 e V。当与聚合物给体PTB7-Th-2Cl共混制备ITO/Zn O/给体受体共混活性层/Mo O3/Ag的倒置电池器件,优化后器件光电转换效率为7.41±0.23%。（3）含2,7-双（2-噻吩基）-9,9-二（烷基苯基）芴中心单元的ADA型小分子受体。获得了9,9-二（4-烷基取代芳基）上带有不同链长烷基链（分别为己基、辛基和癸基）的2,7-双（2-噻吩基）-9,9-二（烷基苯基）芴中心单元,进一步与5,6-二氟-3-（二氰基亚甲基）茚-1-酮反应链接,得到了三种ADA型受体小分子DFICTF-C6、DFICTF-C8和DFICTF-C10,它们具有相近的电子结构。当与聚合物给体材料PTB7-Th共混制备具有ITO/Zn O/给受体共混活性层/Mo O3/Ag倒置结构的电池器件时,发现DFICTF-C10器件光电性能明显优于其他两种材料。
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