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绿色能源和可持续发展是二十一世纪人类面临的重大课题。太阳能光伏发电成为绿色能源开发的一个重要方向。有机小分子太阳能电池因材料结构明确、成本低廉、柔性、制备工艺简单(旋涂或喷墨打印等)、易于实现大面积生产等诸多优点,近年来倍受研究者们关注。BODIPY染料具有良好的稳定性、可裁剪性好,高摩尔消光系数和较高的氧化电位,是一种非常有潜力的小分子给体材料,近年来引起了有机太阳能电池领域研究者们的注意。Ziessel,Misra、彭小彬等在该领域做了令人印象深刻的工作,也取得了可喜的成绩。然而,BODIPY类小分子材料面临结构单一和样本太少的问题,已报道的基于BODIPY衍生物的小分子太阳能电池的效率大都在3%以下。因此,继续丰富这类小分子给体材料,开发出高性能的有机小分子太阳能电池非常必要。针对BODIPY衍生物结构单一、光伏效率不高的关键科学问题,本论文构筑了几个系列结构新颖的BODIPY衍生物小分子给体材料,研究了其热稳定性、光物理性能、电化学行为;揭示了分子结构与性能之间的规律;探索了其作为有机小分子给体材料在光伏器件中的应用。主要研究内容包括:1.创新性的合成了meso-位噻吩、3,5-位给电子单元修饰的BODIPY衍生物类小分子给体材料BDP1-5。由于meso-位噻吩的引入,该类BODIPY衍生物实现了在300-900nm太阳光区的全光谱吸收。基于BDP1-5与受体PC61BM的光伏器件的效率分别为2.99%,3.71%,1.96%,1.03%和2.52%。其中基于BDP2的器件效率接近了同类分子的最高水平。2.为了深入研究meso-位取代基团对分子光伏性能的影响规律,我们合成了4种新型的meso-三苯胺、3,5-位给电子单元修饰的BODIPY衍生物BDP6-9,并系统研究了其光、电、热学性能。研究结果显示,meso-位三苯胺对分子的光电物理性能的影响没有BDP1-5的明显。基于BDP6-9与受体PC61BM的光伏器件的效率分别为0.76%,1.00%,1.68%和1.93%,比meso-位噻吩的BDP1-5效率低,这主要可能是因为三苯胺单元与BODIPY单元之间的二面角过大,影响了分子内电荷迁移和能量迁移的缘故。3.第四章中,我们合成了一系列D-A-D型BODIPY衍生物BDP10-13,系统研究了其光、电、热学性能以及光伏性能,并深入研究了不同供电子单元对该类BODIPY衍生物的各项性能的影响规律。研究结果显示:BDP10-13的吸收光谱宽阔,在太阳光区展现了良好的全光谱吸收,而且摩尔消光系数很高。BDP10-13荧光发射光谱的Stokes位移达到1200 cm-1以上,荧光量子效率很低。BDP10-13的空穴迁移率在3.11×10-5–6.35×10-4cm2 V-1 s-1之间,BDP11的载流子迁移率最高,而且BDP11/PC61BM器件中,BDP11和PC61BM之间具有良好的相容性。BDP10-13和PC61BM光伏器件的最优化效率分别为1.49%,2.15%,1.06%和1.56%。4.为了考察D-A-D型结构的BODIPY衍生物中不同的D单元协同作用对分子的性能的影响,我们首次构建了非对称的D1-A-D2型BODIPY衍生物BDP14-16,并系统研究了其光、电、热学性质以及光伏性能。基于BDP14-16和PC61BM光伏器件的能量转换效率在1.15%-1.98%之间,接近或超过对称结构的BDP10的器件效率,展示了良好的应用潜力。5.首次构建了基于给体和2-位BODIPY连接的A-D-A型BODIPY衍生物BDP17-19。BDP17-19的吸收光谱涵盖300-700 nm的宽阔区间,薄膜中的吸收更是红移到800 nm之外,π-π堆积现象明显。基于BDP17-19/PC61BM的器件效率分别为2.18%,3.51%和3.24%,超过了大多数BODIPY类有机小分子太阳能电池材料。