基于噻吩[3,2-b]并噻吩新型梯形稠环分子的设计合成及其光伏性能研究

This project will focus on design and synthesis of a new series of fused ladder molecules incorporating thieno[3,2-b]thiophene (TT).TT with high hole mobility will effectively improve the charge transporting property of the whole system; Also, fused ladder molecules will suppress the intermolecular twisting along the conjugated backbone which will enhance the π-πstacking of the corresponding copolymer. Therefore, fused ladder monomer based on TT unit will integrated these advantages of both sides, which will broaden the optical absorption range and improve the hole mobility capacity, which will be beneficial to obtain high efficiency photovoltaic materials. According to the skeleton, four different molecule systems are designed. Meanwhile, each system has two types of bridge centres (BTDT and the group ⅣA elements,such as C,Si,Ge). Furthermore, copolymers based on ladder molecules and novel acceptors(TPD,DPP) will be synthesized and the photovoltaic properties of the polymers will be investigated. In this project, the effect of fused ladder sturcture on the photovoltaic performance will be studied and the mechanism will be investigated deeply. This research will provide the basis for designing novel organic materials with good photovoltaic performance.

本项目拟设计合成一系列基于噻吩[3,2-b]并噻吩(TT)的新型梯形稠环分子。一方面，高空穴迁移能力的TT会有效提高整个稠环体系的空穴迁移能力；另一方面，稠环体系可使聚合物链间堆积更加紧密，可有效提高聚合物主链的平面性，因此以TT为主体骨架的新型稠环分子会综合两方面优点，势必会更大程度的拓宽材料的光学吸收范围和提高材料空穴迁移能力。根据稠环骨架不同，本文设计的梯形稠环分子主要分为四种类型；同时每种骨架具有两类桥连中心：可以提高材料迁移率的第四主族元素(碳，硅，锗)或可以拓宽材料吸收范围的二硫富瓦烯BTDT。以这些稠环分子作为电子给体，与两种常用电子受体(TPD,DPP) 共聚得到一系列窄带隙聚合物。本项目将对共聚物的光伏器件进行表征，研究稠环结构对材料性能的影响,深入研究其作用机理，为设计性能优良的有机光电功能材料提供思路。

本项目主要围绕有机太阳能电池能量转换效率较低等关键问题而展开的，而设计合成新型高性能的活性层材料是解决这一问题的重要途径，因此，本项目主要围绕“发展高性能聚合物及小分子给体材料”而展开的，获得一些原创性成果。我们合成了一系列基于稠环分子的聚合物和小分子给体材料，并对这些聚合物的性能进行了表征。通过巧妙的结构设计和器件优化，使得有机太阳能电池器件的短路电流密度和开路电压同时大幅提高，从而器件的能量转换效率也明显提升。本项目中，我们设计合成了一系列基于噻吩及噻吩[3,2-b]并噻吩(TT)的新型梯形稠环分子。一方面，高空穴迁移能力的TT会有效提高整个稠环体系的空穴迁移能力；另一方面，稠环体系可使聚合物链间堆积更加紧密，可有效提高聚合物主链的平面性。以这些稠环分子作为基本构建单元，合成一系列窄带隙聚合物及小分子。同时，我们对稠环单体的侧链及小分子骨架的不同构象对性能的影响进行了详尽的研究。本项目将对窄带隙给体材料的光伏器件进行表征，研究稠环结构对材料性能的影响,深入研究其作用机理，为设计性能优良的有机光电功能材料提供思路。