【摘 要】
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有机太阳能电池(OSCs)具有质量轻,柔性,半透明以及可实现大面积印刷等独特的性能,成为光伏领域研究的热门对象。近年来,随着新型给受体材料结构的创新以及器件制备工艺的优化,有机光伏的效率获得了大幅度的提高,实验室小面积单结非富勒烯有机太阳能电池的能量转换效率(PCE)已经突破了19%。在非富勒烯体受体(NFAs)材料快速发展的过程中,开发更多具有良好形貌和能级匹配的给体来更好地匹配新型的非富勒烯体
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有机太阳能电池(OSCs)具有质量轻,柔性,半透明以及可实现大面积印刷等独特的性能,成为光伏领域研究的热门对象。近年来,随着新型给受体材料结构的创新以及器件制备工艺的优化,有机光伏的效率获得了大幅度的提高,实验室小面积单结非富勒烯有机太阳能电池的能量转换效率(PCE)已经突破了19%。在非富勒烯体受体(NFAs)材料快速发展的过程中,开发更多具有良好形貌和能级匹配的给体来更好地匹配新型的非富勒烯体受体是改善有机太阳能电池光电转换效率的核心途径。本文针对目前高效的聚合物给体结构进行改性,主要从三元共聚策略和封端策略两方面展开研究,合成了几种高效聚合物给体并研究了其结构与光伏性能之间的关系。在第一个工作中,我们通过三元共聚策略将共面性良好,吸电子能力强的噻吩[3,4-c]吡咯-4,6-(5H)-二酮(TPD)基团作为第三单元引入到基于苯并[1,2-b:4,5-b]二噻吩(BDT)和苯并[1,2-c:4,5-c’]二噻吩-4,8-二酮(BDD)单元交替聚合得到的高性能聚合物给体PM6中,合成了两种新型三元共聚物给体PM6-TPD-5%和PM6-TPD-10%。这样设计的优势在于通过TPD的强吸电子效应进一步降低给体的最高占据分子轨道(HOMO)能级从而提高开路电压。此外,由于TPD单元具有高度的平面性,通过合理控制TPD单元的含量可以获得最佳的分子堆叠和更理想的微观形貌。最终,基于PM6-TPD-5%:Y6的二元器件获得了16.3%的效率,值得注意的是,两种具有相似结构和吸收性能的聚合物给体在三元器件PM6:PM6-TPD-5%:Y6中实现了17.1%的效率。第二个工作中,通过封端策略将几种不同种类的小分子作为封端剂引入到PM6体系中,设计合成了四种新的聚合物给体材料PM6-T,PM6-2T,PM6-3T和PM6-RT。封端旨在探究PM6高分子链两端裸露的溴基(-Br)和锡基(-Sn)对器件性能及稳定性的影响。研究表明,封端策略可以减少载流子陷阱,改善电荷传输,从而提升短路电流(JSC)和PCE。最终,相比于未封端的PM6,封端后的聚合物PM6-T和PM6-RT与Y6制备的器件分别取得了15.99%和16.04%的效率。更重要的是,封端在一定程度上解决了溴基和锡基本身作为结构缺陷导致器件不稳定的问题,因此,以PM6-T:Y6和PM6-RT:Y6为代表的封端聚合物的器件展现出更好的稳定性。
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