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21世纪以来,传统化石能源日益减少,未来将无法满足人类对于能源的需求,同时会造成严重的环境问题。太阳能电池是人类对于能源的新选择。有机太阳能电池具有诸多优点,例如其制造成本较为低廉,重量十分轻便,可以利用溶液加工法进行大规模生产,同时加工工艺也比较简单,因此受到了大量的关注。传统的有机太阳能电池小分子受体材料,例如富勒烯受体材料,因其电荷传输能力较为优秀,曾被广泛利用,但是由于富勒烯自身结构的种种限制,导致对于太阳光的吸收较差,在可见光内几乎没有吸收,同时难以进行能级调控。非富勒烯受体材料近年来发展迅猛,相比于富勒烯受体材料,非富勒烯受体材料合成简便、价格便宜、能够通过设计分子结构来调节能级和扩大光谱吸收范围而备受青睐。最近几年,科学家们尝试将具有电子缺陷的基团引入到芳族稠环,获得了性能优异的非富勒烯小分子受体材料,统称为稠环电子受体。为此,本论文围绕引达省并二噻吩(IDT)、引达省二噻吩并噻吩(IDTT)及茚[1,2-b]并芴(IFT)这三类稠环单元,通过Stille偶联反应及Knoevenagel缩合反应,通过共价键连接不同的末端基团,设计及合成一系列A-D-A型非富勒烯有机小分子受体材料,分析与讨论了目标化合物的热学、光物理、电化学性能以及基于这些目标化合物的光伏性能。第一章中,简单地介绍了有机太阳能电池的发展历史、器件结构、基本工作原理和主要参数;然后着重地介绍有关有机太阳能电池小分子受体材料的研究进展,主要是非富勒烯电子受体材料。最后阐述了本论文相关的设计思想和研究内容。第二章中,以引达省并二噻吩(IDT)为给体单元,通过简单的Knoevenagel缩合反应,将其连接不同的末端基团合成六种A-D-A型小分子受体材料,IDT-DMIO,IDT-IC2F,IDT-ICTh,IDT-ERN,IDT-FOD 和 IDT-DMBA。研究并分析了这六种小分子化合物的热学性能,得出了它们的分解温度都很高,具有较好的热稳定性,形态也比较稳定。其次测量了它们的光物理和电化学性能。其中,IDT-DMIO,IDT-IC2F和IDT-ICTh这三种材料在300-800 nm都有很强的吸收,最大吸收波长在700nm左右,吸收太阳光的能力较强;它们的LUMO能级在-3.70eV左右,有利于电荷的传递。因此我们重点研究了基于这三种材料的太阳能电池器件。通过器件的制备与优化,基于三种受体材料的器件均表现了较为优良的光伏性能。其中,基于PM6:IDT-ICTh的太阳能电池器件性能最好,能量转换效率(PCE)能够达到8.69%。另外基于PM6:IDT-IC2F的太阳能电池器件在波长700nm处,其外量子效率(EQE)能够达到80%以上,能够有效吸收太阳光。经过优化后,器件能够获得0.91V的开路电压(Voc),14.82mA/cm2的短路电流密度(Jsc)以及9.47%的优异的 PCE。第三章中,以引达省二噻吩并噻吩(IDTT)为给体单元,通过Stille偶联反应和Knoevenagel缩合反应,共合成四种A-D-A型小分子受体材料,IDTT-TFBN,IDTT-TFMB,IDTT-ERN和IDTT-FOD。这四种材料的热学性能较为良好,但是由于材料的能级和吸收性能都比较差,薄膜状态下最大吸收波长不超过600 nm,能隙很宽。因此制备出的有机太阳能电池器件几乎没有光电流。我们改变了思路,将IDTT-FOD掺杂于(FA)0.8(MA)0.2PbI3钙钛矿太阳能电池。实验结果表明,掺杂IDTT-FOD的确能有效提高(FA)0.8(MA)0.2PbI3钙钛矿太阳能电池性能。通过原子力显微镜和扫描电镜图可以看出,掺杂能够弥补钙钛矿的缺陷,可以获得较大晶粒的钙钛矿。以20%和40%浓度掺杂,均能提高其性能。掺杂40%浓度IDTT-FOD的钙钛矿太阳能电池PCE能够达到18.20%,Jsc为25.53 mA/cm2,Voc为1.05 V,填充因子(FF)为67.90%,相比于无掺杂的钙钛矿太阳能电池,性能提升最多,PCE提高了 14%。第四章中,采用简单的缩合反应,合成基于茚[1,2-b]并芴(IFT)的受体材料,分别为IFT-DMIO,IFT-IC2F,IFT-IC2Cl和IFT-ICTh。对其热稳定性进行探究,发现这四种材料的热分解温度均较高,都在300℃以上,具有较好的热稳定性;对它们的光物理性能进行探究,发现它们在300-800 nm都能有较强的吸收,最大吸收波长在650nm左右,能隙较为适中,能够灵活选择宽或者窄的给体材料进行共混;通过循环伏安特性曲线可以得出材料具有较深的LUMO能级,随着端基吸电子能力的不同,LUMO能级也呈现梯度变化,其中IFT-IC2C1的LUMO能级最深,为-3.92 eV。分别用这四种材料作为受体,聚合物PM6作为给体,制备出的太阳能电池器件的PCE分别为1.48%,4.05%,3.50%和2.89%。其中以IFT-IC2F为受体材料的太阳能电池器件性能最好,在波长600 nm附近,其EQE能够达到40%以上。器件的Voc为0.84 V,Jsc为8.82 mA/cm2,FF为54.42%。基于另外三种受体材料的器件性能较为一般,可以通过后期对器件进行优化来提高太阳能电池的各项性能。最后,第五章,对本论文全部研究内容进行一个简要的总结,并对未来有机太阳能电池的发展做出一个合理的展望。