新型有机小分子电子给体光伏材料的设计合成及性能研究

有机太阳能电池作为一种新型可再生清洁能源具有材料选择广泛、制作成本低、柔性好、重量轻等特点日益受到重视。其中以有机小分子作为电子给体材料的可溶液加工的本体异质结电池的光电转化效率已近5%，目前成为一个新的研究热点。.与聚合物相比，有机小分子具有结构易确定、易合成提纯、电荷迁移率高、溶解性好等优势。鉴于目前设计合成的高效小分子给体材料的结构种类有限，研究与开发新型有机小分子电子给体材料，提高有机太阳能电池光电转换效率，具有十分重要的理论和实际意义。本项研究拟设计合成系列溶解性成膜性好、宽吸收、高迁移率的新型有机小分子电子给体材料；选择性的将末端功能化的给体材料与无机纳米晶受体材料进行分子组装，并研究有机-无机纳米复合材料的光伏特性；利用合成的新型小分子给体材料与富勒烯（PCBM）、无机纳米晶等受体材料作为光活性层制备相应的光伏器件，并通过优化器件结构及加工工艺，提高有机太阳能电池的转化效率。

溶液过程体异质结有机太阳能电池作为一种最有前途的能源光电转换技术近年来发展迅速。为了提高光电效率，新型电子给体材料的研究日益受到重视。与聚合物相比，有机小分子具有结构易确定、易合成提纯、可重复性好等优势。鉴于目前高效率有机小分子给体材料结构种类有限，因此设计与研究新型有机小分子电子给体材料，可为推进未来有机太阳能电池的应用奠定重要基础。.设计合成了系列基于苯并噻二唑-三苯胺的D–A–D型化合物用于体异质结太阳能电池的研究。带有各种共轭桥键的有机小分子的研究成功探索了桥键对光伏性能的调控作用。通过引入具有吸电子性质的桥键苯乙炔和苯基丙烯腈有效降低了材料的HOMO能级，极大提高了单电池的开路电压（1.08 V）；其中含苯基丙烯腈桥的小分子单电池得到4.84%的光电转换效率。为当时所报道的此类材料溶液过程单电池所达到的最大电压和最高效率。另外成功设计合成了系列基于吡咯并吡咯二酮-三苯胺的D–A–D结构新型小分子光伏材料。相对于单键连接，引入双键后吸收范围明显变宽，分子平面性增强，材料的短路电流明显增大，引入具有吸电子性质的乙炔基和氰基乙烯基有效降低了HOMO能级，明显提高了电池的VOC,单电池得到3.76% 的光电转换效率。可见共轭桥键的连接对于优化分子结构和提高光伏显示起到了重要的作用。.设计合成了系列以吡咯并吡咯二酮为边链的A-D-A型小分子光伏材料，并研究了新材料的光伏特性。光物理及电化学性质研究表明，合成的材料溶解性成膜性好，低带隙宽吸收，满足了溶液过程制备太阳能电池的要求。光伏器件性能实验证明以烷基取代咔唑为核的材料由于具有更好的平面结构和更好的共轭特征较其他材料显示了最高的光电转化效率。该项研究表明光伏器件的显示可通过合理的分子设计来实现。.资助期间，我们完成了100种以上新型光伏材料的合成，很多化合物表现了优越的光伏性能,共发表文章12篇。培养硕士毕业生6名。实现并在部分方面超过了申报时所设定的成果目标，达到了较好的研究水平。