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本论文设计合成了两个系列的有机小分子给体光伏材料,分别是基于罗丹宁衍生物端基的寡聚噻吩的小分子给体材料和基于BTT核的小分子材料。对它们的热稳定性、光物理性质和能级结构以及光伏性质等进行了详细的研究与探索。两部分摘要如下:
一,我们首次在寡聚噻吩主链末端引入了罗丹宁染料衍生物基团,设计合成了基于3-乙基罗丹宁末端基团和寡聚噻吩主链的小分子给体化合物DERHD7T,以期提高小分子材料对太阳光的吸收能力,从而提高光伏器件的短路电流和光电转换效率。以DERHD7T/PC61BM为活性层的光伏器件,当DERHD7T/PC61BM质量比为1:0.5时获得了6.10%的光伏效率,其短路电流高达13.98 mA cm-2,开路电压为0.92 V。该材料打破了当时有机小分子给体光伏材料的记录,是当时第一个光电转化效率超过6%的本体异质结有机小分子光伏给体材料。
二,基于对线性有机小分子光伏给体材料的研究,我们采用新的合成路线,简化操作步骤合成了共轭噻吩杂环BTT单元,并以BTT单元为核,寡聚噻吩为臂,合成了两个具有C3对称结构的二维给体化合物。分子设计方面,不仅采用利用了BTT的平面结构,而且把给受体D-A概念引入了二维分子体系。其中以氰基乙酸辛酯为端基的分子BTT-3T-CAO初步的光伏测试得到光电转换效率为2.05%,这一效率是基于BTT核的小分子给体材料的最高效率。