【摘 要】
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近年来,有机太阳能电池(OSCs)得到了飞速发展,其中单结OSCs的能量转换效率(PCE)已超过16%,这主要归功于具有光电转化特性的有机半导体材料的发展,特别是非富勒烯受体类材料的崛起。与富勒烯受体相比,非富勒烯受体(NFAs)分子由于结构多样化,从而更容易调节能级与吸光范围。其中,吸光范围处于近红外区(780–1200nm)的半导体材料尤其值得关注。基于这类材料制备的太阳能器件吸收红外光转化为
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近年来,有机太阳能电池(OSCs)得到了飞速发展,其中单结OSCs的能量转换效率(PCE)已超过16%,这主要归功于具有光电转化特性的有机半导体材料的发展,特别是非富勒烯受体类材料的崛起。与富勒烯受体相比,非富勒烯受体(NFAs)分子由于结构多样化,从而更容易调节能级与吸光范围。其中,吸光范围处于近红外区(780–1200nm)的半导体材料尤其值得关注。基于这类材料制备的太阳能器件吸收红外光转化为电能,同时可以透过可见光,加上有机材料轻质柔性的特点,这种透明/半透明器件可用于智能窗户、可穿戴设备等新兴领域,已经成为如今的研究热点。但是,现有近红外材料种类仍然较少,其性能也无法满足应用的需要,因此,急需发展新型的近红外有机光伏材料。针对此挑战,我们开展了以下研究:(1)发展具有近红外吸收特性的受体材料:以茚并二噻吩(IDT)为核心、不对称的酯基取代的噻吩并[3,4-b]噻吩(Tb T)为π间隔基团、二氰基茚酮为端基构筑了四种近红外受体小分子4TIC、4T4F、6TIC、6T4F。Tb T具有独特的稳定醌式结构,可以降低材料的带隙。通过氟原子的引入,加强了分子内电荷转移作用,成功地将材料的吸收边带拓展到1000 nm。Tb T的不对称性,使得材料分子具有两种异构体。与4-位异构体相比,6-位异构体在共混薄膜中堆积有序度更高,有利于激子解离和电荷传输,从而表现出更优异的光电转化效率,是少数几种PCE超过10%同时吸收超过1000 nm的近红外光伏材料。(2)发展具有近红外吸收特性的给体材料:以吡咯并吡咯烷酮(DPP)为受体单元,通过改变给体单元的芳环种类和排列顺序,制备了PBDT-TDPP、PBDT-TTDPP、PBDTT-TDPP和PBDTT-TTDPP四种近红外给体聚合物。研究表明,适当增加共轭长度增强了ICT作用,促进π电子的离域,较大程度的提高了光伏器件性能。而过大的共轭长度增大了位阻,造成了分子骨架的扭曲,不利于分子间的堆积,从而降低了PCE。
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