宽吸收高迁移率盘状液晶的制备及其光伏特性研究

制约有机光伏器件转换效率提高的重要因素在于有机材料的载流子迁移率低，光生载流子分离和传输困难。六苯并蒄衍生物是一类垂面型的室温盘状液晶，具有优异的载流子传输特性，是目前报道的载流子迁移率最高的有机材料之一，但是将其直接用于光伏电池，存在着吸收波段窄，与太阳光谱匹配性差的缺陷。.为了克服这个缺陷，更好地利用其高载流子迁移率的特点，本研究试图将缺电子基团苯并噻唑引入六苯并蒄的苯核周围，制备六臂D-A型盘状液晶，期望利用富电子基团六苯并蒄与缺电子基团苯并噻唑之间的电荷传输，提高盘状液晶对于太阳光谱的匹配性，拓宽吸收光谱范围，最终获得宽吸收、高迁移率的给体材料；进而研究这种新型给体材料薄膜的堆栈特性与光电转换特性。.通过制备六臂D-A型盘状液晶以及研究薄膜堆栈性等工作，阐明缺电子基团的引入对盘状液晶吸收特性、有序性、载流子迁移率以及光电转换特性的影响，有望为光伏电池中给体材的选择提供方法和思路。

系统研究了六苯并蒄型盘状液晶的制备方法，获得了两种新型的盘状液晶分子，在保证这两种材料较高空穴迁移率(10-2cm2/Vs)的情况下，将吸收光谱有效拓宽到480nm左右，将其用作有机光伏电池的电子给体材料，初步获得了这两种盘状液晶材料的光伏性能，光电转换效率均维持在0.5％左右；将盘状液晶C12-HBC用于聚合物光伏电池的电极修饰层中，提高了器件的开路电压、短路电流密度和填充因子，使得器件的效率得到了一定的增强，从1.79％提升至2.08％；通过在D-A型聚合物给体材料的A上引入具有吸电子特性的氟原子，合成了一系列新型的聚合物材料，使得聚合物的HOMO能级实现了一定的降低。用于聚合物光伏电池中，开路电压和光电转换效率均取得一定的增强，其中聚合物FTQ取得了5.3%的较高效率。利用溶剂退火处理，聚合物PBDTTPD的正向光伏电池的光电转换效率达到了4.99％，溶剂退火结合反向电池，将PBDTTPD的光电转换效率提升至5.77％的较高水平；通过对IC60BA和IC60MA的制备工艺进行研究，实现了IC60BA和IC60MA制备时间的大幅缩短，收率得到了明显的提升，将IC60BA首次应用于非P3HT体系，获得0.3V以上的开路电压提升。上述研究为深入理解有机光伏电池的材料结构与性能之间的规律，进而提升光伏电池的光电转换效率，奠定了实验基础。