【摘 要】
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有机太阳能电池（OSCs）由于具有重量轻、易加工、具有柔性等优点而有着重要的开发和应用前景。目前,非富勒烯有机太阳能电池的能量转化效率已经超过了18%。近几年来有机太阳能电池所取得的快速发展主要得益于开发出了高效的活性层材料。供体材料和受体材料作为构成有机太阳能电池的重要部分,很大程度上决定着光伏器件的光电性能。因此,设计开发出新型高效的活性层材料,对于有机太阳能电池早日实现商业化有着重要意义。本
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有机太阳能电池（OSCs）由于具有重量轻、易加工、具有柔性等优点而有着重要的开发和应用前景。目前,非富勒烯有机太阳能电池的能量转化效率已经超过了18%。近几年来有机太阳能电池所取得的快速发展主要得益于开发出了高效的活性层材料。供体材料和受体材料作为构成有机太阳能电池的重要部分,很大程度上决定着光伏器件的光电性能。因此,设计开发出新型高效的活性层材料,对于有机太阳能电池早日实现商业化有着重要意义。本论文简要介绍了有机太阳能电池的发展历程以及对常见的给受体材料进行归类与总结,同时提出了一种简便且高效的在主链引入3-氟噻吩的合成方法。在此基础上设计了两类基于苯并二噻吩（BDT）的聚合物给体材料,系统研究了卤素杂原子的引入对光伏材料表面形貌、热稳定性、紫外-可见光吸收、能级带隙以及光伏性能的影响,具体的研究内容如下:1)设计合成出三种以BDT作为给电子单元,3-氟噻吩作为π桥,BTz作为受体单元的D-A型聚合物给体材料——J52FH、J52FCl以及J52FF。测试结果表明三个聚合物的光谱吸收范围均为300-650 nm,与受体材料组成的共混膜存在有效的激子解离和电荷转移。电化学研究表明,通过将氟原子引入主链π桥可以极大地降低聚合物给体材料的HOMO能级。基于J52FF的反向光伏器件PCE达到了13.93%,高于J52FH和J52FCl的9.96%和10.52%,其Voc、Jsc和FF分别为0.89 V、22.27 m A cm-2以及70.3%,是目前基于BDT-π-BTz类聚合物给体材料所能获得的最高水平。这个结果表明在主链上进行氟化是获得高性能活性层材料的有效策略。2)在基于3-氟噻吩这一重要中间体的基础上,设计合成了一系列以BDT作为给电子单元,3-氟噻吩作为π桥,BDD作为受体单元的D-A型聚合物给体材料——PBDB-TFH、PBDB-TFCl和PBDB-TFF。研究结果表明三个聚合物在300-700 nm的波长范围内显示出相似的吸收峰,同时均表现出较低的HOMO能级。基于PBDB-TFF:IT-4F的反向光伏器件PCE达到了12.05%,其Voc、Jsc和FF分别为0.92 V、20.06 m A cm-2以及65.30%。研究结果表明在主链进行氟化有利于降低材料的HOMO能级,同时侧链引入杂原子的空间位阻和电负性也会影响光伏器件的性能。
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