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近些年来,由于能源紧缺和污染的问题,寻找可替代传统化石能源的清洁能源成为了急需解决的问题。太阳能具有取之不尽、用之不竭的特点,因而人们可以利用太阳能作为新的清洁能源。与传统的硅基太阳能电池相比,有机太阳能电池生产成本低、可柔性制备、生产过程安全低污染,正在发展成为新一代的太阳能电池。有机太阳能电池活性层材料主要分为给体材料和受体材料。给体材料包括聚合物给体材料和小分子给体材料。受体材料包括富勒烯衍生物受体和非富勒烯受体。富勒烯衍生物受体材料在可见光区域的吸收较差、合成和纯化困难、能级难以调控,这限制了它的进一步发展。目前基于非富勒烯受体材料的单层太阳能电池器件已经达到了 14%的效率,超过了富勒烯衍生物有机太阳能电池。设计与合成新型非富勒烯受体材料是提高光电转换效率的核心。本论文围绕新型非富勒烯小分子受体材料的设计与合成,研究非富勒烯小分子受体材料结构与性能的关系,主要内容如下:1.设计并合成了两种基于咔唑的小分子受体材料CzC6C8和CzC8。这两种材料具有不同的侧链,通过对侧链的改变研究侧链对膜形态及光伏性能的影响。其中基于PBT:CzC6C8的太阳能电池器件能量转换效率达到了 3.30%,而基于PBT:CzC8的太阳能电池器件能量转换效率达到了 4.61%。且通过使用三种具有相似LUMO能级和不同HOMO能级的聚合物给体材料证明了基于CzC8的器件在给受体LUMO能级差较小时仍能得到好的能量转换效率。2.设计并合成了两种稠环小分子受体材料ITIC-m-SC8和ITIC-m-FSC8。ITIC-m-FSC8的侧链上引入了氟原子,研究了侧链上氟原子的引入对膜形态及光伏性能的影响。基于PBDB-ST:ITIC-m-SC8的器件得到了 6.53%的能量转换效率,而基于PBDB-ST:ITIC-m-FSC8的器件得到了 7.17%的能量转换效率。我们发现侧链上引入氟原子会增强分子间作用力,增强分子聚集,有利于电荷传输。3.设计并合成了两种窄带隙的稠环电子受体TTIC和TTIC-M。通过在核的中心引入噻吩并噻吩结构,增强了核的给电子能力和内电荷转移作用,从而使材料的吸收红移到了近红外区,极大地扩展了给受体材料共混膜的吸光范围。基于PBDB-T:TTIC的器件得到了 10.61%的能量转换效率,基于PBDB-T:TTIC-M的器件得到了 11.48%的能量转换效率。其中,11.48%是目前为止基于非富勒烯窄带隙(<1.45 eV)受体材料的有机太阳能电池最高效率之一。