【摘 要】
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将太阳能转化为电能的有机太阳能电池具有柔性、轻质、可采用溶液印刷方法制备大面积电池板等优势,成为各国科学家研究的重点。目前非富勒烯受体材料的合成工艺复杂,材料的价格高,不适用于大面积商业化应用。本文结合各种活性层材料的优缺点,主要目的是开发高效、廉价的非富勒烯有机小分子受体材料。具体分为以下三个部分:(1)本文以丙二腈和1,3-茚滿二酮为拉电子的末端基团,以9,9’-联芴烯(9,9’BF)为核心单
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将太阳能转化为电能的有机太阳能电池具有柔性、轻质、可采用溶液印刷方法制备大面积电池板等优势,成为各国科学家研究的重点。目前非富勒烯受体材料的合成工艺复杂,材料的价格高,不适用于大面积商业化应用。本文结合各种活性层材料的优缺点,主要目的是开发高效、廉价的非富勒烯有机小分子受体材料。具体分为以下三个部分:（1）本文以丙二腈和1,3-茚滿二酮为拉电子的末端基团,以9,9’-联芴烯（9,9’BF）为核心单元,设计合成了新的非富勒烯受体材料TBF-DCN-C8和TBF-DIN-C8。TBF-DCN-C8和TBF-DIN-C8的薄膜吸收光谱主要在350-500 nm之间,光学带隙分别为2.22 eV和2.28 eV,属于宽带隙材料;TBF-DCN-C8和TBF-DIN-C8的HOMO能级分别为-5.90 eV和-5.95 eV,LUMO能级分别为-3.68 eV和-3.67 eV;以聚合物P3HT为给体材料,TBF-DCN-C8和TBF-DIN-C8为受体材料采用倒置器件结构（ITO/ZnO/active layer/MoO3/Ag）制备器件,P3HT/TBF-DCN-C8器件PCE为0.65%,P3HT/TBF-DIN-C8器件PCE为0.93%。（2）本文以1,3-茚滿二酮和2-（3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-1-亚基）丙二腈为拉电子的末端基团,以9,9’BF为核心单元,设计合成了对称性和平面性更好的非富勒烯受体材料DTBF-IN-C8和DTBF-IC-C8。DTBF-IN-C8的薄膜吸收光谱在300-550 nm,相对于TBF-DIN-C8的薄膜吸收光谱有明显的红移,其光学带隙为2.18 eV,说明增强分子的对称性,增大分子的共轭面可以拓宽材料的吸收光谱;DTBF-IC-C8的薄膜吸收光谱在400-650 nm,相对于DTBF-IN-C8的薄膜吸收光谱有明显的红移,其光学带隙为1.93 eV,说明增强端基的拉电子能力可以有效拓宽材料的吸收光谱;DTBF-IN-C8和DTBF-IC-C8的HOMO能级分别为-5.96 eV和-5.96 eV,LUMO能级分别为-3.78 eV和-4.03 eV;以聚合物PBDB-T为给体材料,DTBF-IN-C8为受体材料采用倒置器件结构（ITO/ZnO/active layer/MoO3/Ag）制备器件,PBDB-T/DTBF-IN-C8器件经过热退火处理后,其PCE为1.10%。以聚合物PTB7-Th为给体材料,DTBF-IC-C8为受体材料采用倒置器件结构（ITO/ZnO/active layer/MoO3/Ag）制备器件,PTB7-Th/DTBF-IC-C8器件经过溶剂退火（20 s）处理后,其PCE为4.35%。（3）本文以2-（3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-1-亚基）丙二腈和2-（5,6-二氯-3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-1-亚基）丙二腈为拉电子的末端基团,以9,9’BF为核心单元,设计合成了光学带隙更窄的非富勒烯受体材料TTBF-IC-C8和DTBF-IC-C8。TTBF-IC-C8的薄膜吸收光谱在400-750 nm,相对于DTBF-IC-C8的薄膜吸收光谱有明显的红移,其光学带隙为1.69 eV,说明取代基的位置对材料的吸收光谱有影响;DTBF-IC-C6的薄膜吸收光谱在400-700 nm,相对于DTBF-IC-C8的薄膜吸收光谱有明显的红移,其光学带隙为1.82eV,说明在末端基团上引入氯原子可以增强端基的拉电子能力,有效拓宽材料的吸收光谱;TTBF-IC-C8和DTBF-IC-C6的HOMO能级分别为-5.81 eV和-5.94 eV,LUMO能级分别为-4.12 eV和-4.12 eV;以聚合物PTB7-Th为给体材料,TTBF-IC-C8为受体材料采用倒置器件结构（ITO/ZnO/active layer/MoO3/Ag）制备器件,经过氯仿溶剂退火10 s后,PCE为3.52%。
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