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基于苯并二噻吩(BDT)单元的二维共轭稠环小分子材料具有良好的溶解性、成膜性、吸收光谱范围宽、结构易修饰等优点在近年来成为人们的研究热点。此外,酰亚胺类聚合物也因为其载流子迁移率高、刚性平面大、良好的修饰和衍生性等特点也在近年来受到广泛关注。因此,本文设计合成了一系列稠环小分子材料、苝酰亚胺(PDI)聚合物、萘酰亚胺(NDI)聚合物,并深入研究了它们的物理化学性质以及在有机光伏器件中的应用。1.我们设计和合成以苯并二噻吩单元为核的稠环小分子及其在有机光伏中的应用。本文在苯并二噻吩的两侧引入噻吩单元作为稠环分子核,然后在双氰基取代的茚二酮单元(INCN)上用噻吩环作为分子的端基,成功的合成了小分子BDTCH-IC。同时,在IBDT单元的二维共轭侧链上引入烷硫基取代物和氟代物进行侧链的优化,合成了另一个分子BDTSF-IC。这两个稠环小分子的吸收边缘分别达到了 824 nm和793 nm,电子迁移率分别为1.271 × 10-4 cm2 V-1 S-1和1.519× 10-4 cm2 V-1 S-1。在与给体PM6共混后,基于PM6:BDTSF-IC的有机太阳能电池器件的光电转化效率(PCE)达到了 13.10%。2.我们设计和合成苝酰亚胺聚合物在有机太阳能电池中应用。苝酰亚胺单元具有较高的摩尔吸光系数,多个化学修饰位点,但是由于分子平面刚性过大容易导致分子过度聚集,溶解性较差。因此,本文通过在苝酰亚胺N端引入C11的烷基链来提高分子的溶解性,在苝酰亚胺的1,7位上引入富电子单元并二噻吩来扩大分子的共轭面,然后与不同侧链的苯并二噻吩(BDT)单元进行聚合,分别得到了三个聚合物AP001,AP002,AP003。这三个聚合物都具有较宽的吸收光谱(300-800nm),较高的热稳定性(Td>350℃),因为氟原子的引入稍微降低了分子的最低未占有分子轨道(LUMO)能级,基于PM6:AP001的有机太阳电池器件的开路电压(Voc)高达1.03 V,最高光电转化效率PCE为1.65%。3.基于萘酰亚胺聚合物分子的设计、合成及光伏应用。与多化学位点的苝酰亚胺相比,萘酰亚胺一般进行侧链的修饰。因此,萘酰亚胺分子具有更高的排列规整性,更高的载流子迁移率。本文在萘酰亚胺单元的侧链上引入并二噻吩,然后与常见于给体分子中的BDT单元进行聚合,分别合成了 AP004和AP005俩个聚合物。与AP004相比,AP005的吸收光谱红移了约30nm,这可能是因为在聚合物AP005的BDT单元上引入烷硫基取代物,提高了分子的溶解度同时也具有调节分子排列的作用。基于PM6:AP005的全聚物太阳电池最高效率达到了1.47%。