【摘 要】
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近几年来,以供电子稠环单元为中心核的吸电子基团-供电子基团-吸电子基团（A-D-A）型非富勒烯小分子受体（NF-SMAs）受到了越来越多的关注。这类NF-SMAs材料由供电子稠环中心核、侧链和吸电子端基构成,供电子稠环中心核的大平面的刚性结构能有效提高分子间-堆积作用,从而改善电荷传输效率,而且,稠环中心核具有较强的供电子能力,可以和吸电子端基进行分子内电荷转移作用,从而达到拓宽材料吸收光谱的效果
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近几年来,以供电子稠环单元为中心核的吸电子基团-供电子基团-吸电子基团（A-D-A）型非富勒烯小分子受体（NF-SMAs）受到了越来越多的关注。这类NF-SMAs材料由供电子稠环中心核、侧链和吸电子端基构成,供电子稠环中心核的大平面的刚性结构能有效提高分子间-堆积作用,从而改善电荷传输效率,而且,稠环中心核具有较强的供电子能力,可以和吸电子端基进行分子内电荷转移作用,从而达到拓宽材料吸收光谱的效果。另外,NF-SMAs材料可以通过改变稠环共轭长度、烷基链和端基类型等进行修饰,从而进一步调节材料的吸收光谱、分子能级、载流子迁移率等性能。本论文针对目前NF-SMAs材料合成复杂,近红外区间光吸收较窄等缺点,设计并合成了五个新型结构的A-D-D-A型NF-SMAs,详细研究了这五个NF-SMAs材料的光伏性质。主要研究内容如下:1.设计合成了两个以引达省并二噻吩（IDT）为供电子稠环中心核,3-（二氰基亚甲基）靛酮（IC）或5,6-二氯-3-（二氰基亚甲基）茚-1-酮（IC-2Cl）为缺电子端基的A-D-D-A型NF-SMAs材料IDT2-IC和IDT2-IC-4Cl。研究发现,与IDT2-IC相比,IDT2-IC-4Cl具有更低的的光学带隙（1.40 e V）,IDT2-IC-4Cl对450-900 nm范围内太阳光具有宽而强的吸收。另外,基于PBDB-T:IDT2-IC-4Cl的共混膜表现出更平衡的电荷转移效率。基于PBDB-T:IDT2-IC-4Cl的太阳能电池器件获得了12.53%的能量转换效率（PCE）、22.22 m A cm-2的高短路电流(Jsc)和69.81%的高填充因子（FF）;而基于PBDB-T:IDT2-IC的器件的PCE为8.17%,Jsc为13.23 m A cm-2,FF为65.71%。该研究证明:端基修饰能有效改善材料光物理性能。2.以引达省并二硒吩（IDSe）为富电子稠环中心核,IC、IC-2Cl或5,6-二氟-3-（二氰基亚甲基）靛酮（IC-2F）为缺电子端基的A-D-D-A型NF-SMAs材料C6PhIDSe2-IC、C6PhIDSe2-IC-4Cl和C6PhIDSe2-IC-4F研究。在第一章的基础上,引入硒原子,尝试改善与相邻共轭单元的电子云叠加和轨道重叠,同时增加分子的基态醌型共振特征来扩宽材料吸收光谱。研究表明,相对于IDT类受体材料,C6PhIDSe2-IC、C6PhIDSe2-IC-4Cl和C6PhIDSe2-IC-4F对450-900 nm范围内均具有宽而强的吸收。其中,基于PBDB-T:C6PhIDSe2-IC-4F获得了更平衡的电荷迁移率。基于PBDB-T:C6PhIDSe2-IC-4F、PBDB-T:C6PhIDSe2-IC-4Cl和PBDB-T:C6PhIDSe2-IC的PCE分别为9.02%、7.07%和5.68%。虽然本研究未取得预期结果,器件性能低于噻吩类同类受体材料,但是,能为NF-SMAs设计提供研究经验。
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