具有增强吸收特性的有机光伏受体材料

在有机光伏研究领域，优良受体材料种类的稀缺已经严重限制了给体/受体材料的优化空间，如何探索、发展一些高性能非富勒烯有机受体分子是人们关注的问题。本项目拟在非富勒烯有机受体材料的设计、合成及及光伏性研究等方面开展一系列研究工作，发展一些高性能有机受体材料。计划设计合成出一系列在波长600 nm以上具有强吸收特性，同时具有良好电子传输性能的有机半导体材料，其可以作为受体材料与一些性能优良的给体材料（主要指P3HT或其衍生物）复合形成光伏器件活性层。探索研究出可以利用给体/受体协同互补吸收太阳光提高光伏性能的方法，获得一些性能优良的有机太阳能电池材料。

本项目在非富勒烯有机光伏材料设计合成及性能表征方面开展了一系列研究工作，这些材料的特点是具有增强吸光和电子传输性能。基于这些材料制备了一些性能良好的有机光伏器件，主要研究成果包括以下三个方面。（1）一系列含有齐聚噻吩的双氰乙烯取代喹吖啶酮衍生物DCN-Tn-QA被设计合成，该类化合物具有较深的LUMO能级（-4.0 eV），适合作为电子受体材料应该用于有机光伏器件，基于P3HT:DCN-Tn-QA共混薄膜体系的有机光伏器件能量转换效率达到0.51%。为了进一步提高器件的性能，将苯并噻二唑引入到DCN-Tn-QA共轭体系中，光电转换效率提高到0.70%。具有醇溶性的双氰乙烯取代喹吖啶酮衍生物被设计合成，其应用于有机光伏器件，可以将器件的能量转换效率由5.25%提升到8.22%。（2）设计合成了一些列在水或醇中具有良好溶解性能的酞菁衍生物，其可以作为增强吸收和提高电子传输的修饰层应用于有机光伏器件，使器件的能量转换效率由5.12%t提升到8.52%。研究表明，修饰层的应用可以显著提高器件的开路电压、短路电流和填充因子。（3）设计合成了一系列基于双氰乙烯取代蒽并噻二唑衍生物，其HOMO和LUMO能级分别处于-6.5和 -4.0 eV，说明该类材料有可能作为良好电子受体材料使用，有关光伏器件研究正在进行。