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非富勒烯太阳电池因为可调的能级和吸收受到越来越多的追捧,给受体在可见光甚至近红外区域的吸收形成互补,可以更好的利用太阳光。能级的可调性也使得给受体匹配的选择性增加。随着材料和器件的优化,非富勒烯太阳电池的效率节节攀升,目前单节效率已经突破16%,对于给定的给体,如何选择合适的受体并进行器件优化来得到高效的器件至关重要。一方面我们可以通过合适的方法改善器件中分子的取向和排列,提高激子的产生、电荷的传输与抽取速率同时保证器件的稳定性;另一方面可以通过器件结构的改变如添加第三组分或者开发叠层器件来制备稳定高效的有机太阳电池。此外由于受体的吸收以及其对激子产生的贡献不像富勒烯那样可以忽略,对于非富勒烯太阳电池中的空穴转移过程还有待研究,近来非富勒烯有机太阳电池中出现了越来越多的能量损失很小的体系,电荷分离的驱动力对于给受体能级差的限制对于非富勒烯太阳电池已经不能完全适用,所以机理的研究也有待更新。本文致力于对酰亚胺苯并三唑衍生物聚合物给体进行器件优化,并选择两个有较大能量损失差异的体系进行瞬态光谱的研究,最后对器件的制备工艺进行优化,利用一步法来制备高效的非富勒烯有机太阳电池。首先,在第一章节的研究工作中,对于给体酰亚胺苯并三唑衍生物PTzBI-2FP,我们基于能级和吸收的匹配性选用了PC71BM、ITIC、ITIC-2F和ITIC-4F作为受体制备了富勒烯和非富勒烯有机太阳电池。富勒烯受体因为吸收的局限,在PTzBI-2FP:PC71BM体系中,器件效率只有2.42%,非富勒烯太阳电池PTzBI-2FP:ITIC-4F效率可以达到9.8%。进一步通过溶剂退火和热退火来优化非富勒烯有机太阳电池,在PTzBI-2FP:ITIC-4F体系中最优器件效率可以达到12.08%,对优化前后的体异质结的迁移率进行计算可以看到溶剂退火和热退火可以提高器件的电子迁移率,使得空穴和电子的传输更为平衡。对器件的形貌分析可以得到,PTzBI-2FP:ITIC-4F体异质结薄膜拥有更平滑的表面和更合适的相分离尺寸,有利于激子的解离、电荷的传输同时抑制电荷的复合。从短路电流对光强依赖关系的分析中可以得到PTzBI-2FP:ITIC-4F体系中的双分子复合最弱。在第二章节的研究工作中,我们利用瞬态光谱探究了PTzBI-2FP:ITIC和PTzBI-2FP:ITIC-4F体系中激发态种类及其产生和消亡的动力学过程,通过不同的激发脉冲波长来激发受体和给体得到体系中的空穴转移和电子转移过程。用480nm的泵浦光来激发PTzBI-2FP纯膜和PTzBI-2FP:ITIC、PTzBI-2FP:ITIC-4F共混膜,从瞬态吸收光谱可以观察到两个电子转移的过程,且两个过程的时间尺度不同。一个小于100fs的超快过程,另外一个则在数ps内的快过程。用700nm的泵浦光激发纯ITIC和ITIC-4F薄膜以及给受体共混薄膜,对瞬态吸收光谱各成分进行分析,可以观察到明显的空穴转移过程,且在PTzBI-2FP:ITIC-4F体系中空穴转移的速度要更快,同时我们还观测到电荷分离态及分离后产生的极化子,在PTzBI-2FP:ITIC-4F体系中,电荷分离态在更短的时间内产生,且极化子的寿命更长,这说明此体系中复合更难发生,电荷的传输和抽取也更快。虽然我们的这两个非富勒烯体系的给受体HOMO能级差都小于理论上电荷分离的最小驱动力0.3eV,但给受体间的空穴转移仍然高效。第三章节的研究工作是基于之前工作的基础上,我们在PTzBI-2FP:ITIC-4F体系中加入5%N2200作为第三组分,器件的效率从11.72%提升至13%,器件效率的提升主要归功于短路电流的提升,N2200的吸收和PTzBI-2FP:ITIC-4F的吸收在蓝光部分互补而在可见光区基本都重叠,吸收的贡献较小。我们通过体GIWAXS对体异质结中分子的取向及排列的进行分析可以看出,少量N2200的引入并不会改变PTzBI-2FP和ITIC-4F face-on的取向。AFM和TEM结果显示,N2200可以在PTzBI-2FP和ITIC-4F微晶区外的地方形成纤维状的晶体作为电子的传输通道,SCLC数据同样显示N2200的引入可以提高二元器件的电子迁移率,使得三元体系中电子和空穴的传输更为平衡。荧光光谱显示N2200和ITIC-4F之间存在明显的电荷转移,所以N2200的引入可以大幅提高器件的短路电流,通过热稳定性和光稳定性的测试表明聚合物N2200的加入可以提高器件的热和光稳定性。最后,在第四章节的工作中,我们利用小分子POF-N掺杂一步法制备高效的倒置有机太阳电池,刻蚀XPS和TEM-EDX的数据显示POF-N在旋涂过程中会自组装到ITO表面形成阴极界面层,POF-N在CB和CF溶剂中的低溶解度以及本身的高表面能可以作为POF-N自发迁移的驱动力驱使PON-F向表面能相近的ITO基板移动。我们用此方法制备了基于富勒烯,非富勒烯和全聚合物的倒置有机太阳电池,在富勒烯PTB7-Th:PC71BM体系中可以得到10.02%的器件效率,在非富勒烯PTzBI-2FP:ITIC-4F体系中可以得到11.7%的器件效率,在全聚合物PTzBI:N2200中可以得到7%的器件效率。此研究简化了器件的制备工艺,为将来的大面积生产提供新的思路。