基于二噻吩并噻咯的给体小分子的设计、合成与表征
摘要：摘近些年来，可溶液处理的本体异质结（BHJ）有机太阳能电池由于具有质轻、柔性好、成本低以及可通过印刷进行大面积制造等优点，已经得到了研究者们广泛的关注。研究化学结构-光谱和能级-器件性能三者之间的关系对于通过分子设计进一步提高光伏性能是非常重要的。设计合成了以DTS单元为核、并噻吩（TT）为pi;桥、1,3-茚满二酮（IN）作为端基的A-D-A型小分子给体材料DINTTDTS，并将其与化合物DINDTS进行对比。化合物DINTTDTS具有较好的热稳定性，其结晶性略好于化合物DINDTS。化合物DINTTDTS在可见-近红外区域有较宽的吸收，其吸收光谱延伸到了800 nm以上，带隙略窄于化合物DINDTS。噻吩并噻吩（TT）由于具有醌式结构，使其相比于单噻吩具有更高的芳香稳定性，这意味着TT可以通过降低HOMO能级来提高Voc，因此，TT常被用来构筑高迁移率的p-型半导体材料。在化合物DINDTS为给体材料的基础上，用平面性更好的并噻吩替代单噻吩，设计合成了化合物DINTTDTS，来研究不同的pi;桥对于材料的光学，热学和电化学等性质的影响。
关键词：有机太阳能电池；能量转化效率；小分子；给体材料
一、文献综述
科技的不断进步与经济的持续发展提高了人们的生活质量，伴随而来的问题则是人类对于能源的需求不断增长。当前世界上最普遍的能源主要包括煤、石油、天然气等非可再生性的化石燃料。但是非可再生性的化石燃料有限，所以太阳能由于其安全、清洁、环保、储能丰富等特点在新型能源中脱颖而出，利用太阳能电池可以从太阳光中直接获取能量。目前，市面上的太阳能电池主要是单晶硅无机太阳能电池，其PCE已经达到了25%以上，但由于单晶硅昂贵的成本以及在电池制造过程中耗能高、污染严重、柔性不够等缺点限制了它的普及；而成本相对较低的多晶硅和非晶硅在能量效率上不尽如人意。利用有机半导体材料作为吸光材料的有机太阳能电池由于具有质轻、柔性好、成本低以及可通过印刷进行大面积制造等优点，在近些年来已经受到了研究者们广泛的关注[1]
1.1历史背景
1.1.1有机太阳能电池发展背景
对有机太阳能电池的研究最早是在上世纪五十年代，M. Pope和H. Kallmann将蒽单晶作为活性层夹在两个功函数不同的电极之间，构成了世界上第一个有机光伏器件，其开路电压为0.2 eV[5]。在这个器件中，激子分离的驱动力来自有机光伏材料用来传输空穴的能级与功函数较低的电极接触时形成的内建电场，但是这样的电场并不能够提供足够的驱动力，实际上只有少数的激子能在给/受体界面进行有效的分离。在后续的优化过程中，这种结构的器件能量转化效率一直没能突破0.1%。
柯达公司的邓青云在1986年发明了如图1.1所示的双层异质结器件[6]。在该器件中，酞菁铜（CuPc）和芘衍生物（PV）分别作为电子给体与受体材料平行排列在Ag电极与透明玻璃电极之间。这两种有机半导体材料接触的界面被称为给/受体界面，激子在这个界面分离后形成的自由的电子与空穴分别沿着N型受体材料与P型给体材料传送到电极附近。相比五十年代的单层器件，更高的激子分离效率使得双层异质结器件的转化效率提高到了0.95%。
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