【摘 要】
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对太阳能的研究利用是解决能源危机以及传统能源造成的环境污染问题的有效手段。太阳能电池自产生以来发展了很多种类,其中有机太阳能电池具有质量较轻、成本较低、对环境友好等特点,在多类太阳能电池中成为研究重点。有机太阳能电池主要衡量标准是能量转换效率,影响能量转换效率的关键因素是活性层材料。宽带隙聚合物给体能够与窄带隙受体相匹配,且宽的能级有利于提高短路电流及开路电压,因此本文在此基础上进行宽带隙聚合物给
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对太阳能的研究利用是解决能源危机以及传统能源造成的环境污染问题的有效手段。太阳能电池自产生以来发展了很多种类,其中有机太阳能电池具有质量较轻、成本较低、对环境友好等特点,在多类太阳能电池中成为研究重点。有机太阳能电池主要衡量标准是能量转换效率,影响能量转换效率的关键因素是活性层材料。宽带隙聚合物给体能够与窄带隙受体相匹配,且宽的能级有利于提高短路电流及开路电压,因此本文在此基础上进行宽带隙聚合物给体的设计合成和分子设计与器件性能的构效关系探索。本文的研究基于宽带隙聚合物给体中常用的给电子单元二维共轭的苯并二噻吩（BDT-T）进行。在目前很有潜力的宽带隙聚合物给体PBDB-T-2F的基础上设计了酯基修饰给电子单元BDT-T的宽带隙聚合物给体PBBDDE。通过引入吸电子基团酯基使得最高占有轨道（HOMO）能级从PBDB-T-2F的-5.47e V降低到PBBDDE的-5.55e V,使得PBBDDE与Y6所构建器件开路电压提高到0.87V,实现了低HOMO能级聚合物给体材料的构建。其次本文还设计合成了两种吸电子基团氟原子与酯基修饰噻吩乙烯噻吩（TVT）基的宽带隙聚合物给体PBTVT-1、PBTVT-2。所采用的TVT单元能够保持良好的平面与共轭,同时吸电子基团的引入使得材料的HOMO能级保持在一个较低的水平。根据之前报道,引入的氟原子会与双键形成氢键,使分子平面性增强,导致在活性层中形貌堆积严重,因此限制了基于PBTVT-1的器件性能;但柔性酯基由于其本身存在大的位阻,能够改善材料溶解性,因此对形貌调整较为有效,通过与非富勒烯受体材料IT-4F构建二元体系,最终本论文所构建的PBTVT-2:IT-4F体系达到了11%的效率,这是目前基于TVT单元聚合物给体的最好性能。通过分别对宽带隙聚合物给体材料给电子单元与吸电子单元的修饰,探索了引入的吸电子基团对材料整体性能的影响,发展了有潜力的吸电子单元与给电子单元,为之后有机太阳能电池的研究提供了有效的参考。
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