新型小分子给体和醇溶性电子材料的合成及在太阳能电池中的应用

新型小分子给体和醇溶性电子材料的合成及在太阳能电池中的应用摘要
摘要
有机太阳能电池以其原料易得，廉价，制备工艺简单，环境稳定性高，可折叠，有良好的光伏效应等优点，日益被人们所重视。

有机太阳能电池分为有机聚合物太阳能电池和有机小分子太阳能电池。

聚合物的分子结构、分子质量不确定，并且纯化相对困难，使得材料的电学特性难以精确控制，进而影响器件的稳定性。

与聚合物相比，小分子具有确定的分子结构和分子质量，并且容易提纯，作为电池活性层给体材料更易确保器件的稳定性。

鉴于小分子给体材料的优越性，我们设计并且合成了两组小分子太阳能电池材料DEBT,TBBT;TBDEH,TBDDE，并且基于这些材料实现了良好的太阳能电池效率。

在太阳能电池中，光敏层和电极之间的界面接触是影响太阳能电池效率的一个关键因素。

通常情况下，可使用低功函的金属，如Ba、Ca、Mg 等提高电子的注入，但这些元素对水、氧特别敏感，环境稳定性差。

因而，利用阴极界面材料提高在环境中较为稳定的金属，如Al、Ag、Au 等的电子注入性能，显得尤为重要。

目前，研究较多的阴极界面材料包括纯粹的无机盐、共轭聚合物电解质和一些非离子型的小分子化合物、聚合物。

本文的研究聚焦于新型醇溶性小分子电子注入/传输材料的合成、表征及其在电池器件中的性能分析。

首先，通过化学修饰BCP合成了小分子电子传输材料DPPA。

BCP作为高效的电子传输材料在OLED上已经被广泛应用。

但是由于BCP在常见的极性溶剂（如甲醇，乙醇，乙腈，DMF等）中的溶解度不好，所以当使用BCP作为电子传输层时，器件制作采用的是真空蒸镀的方式。

本研究中通过使用羧基取代BCP上的甲基，提高了分子在极性溶剂中的溶解度（甲醇中可以达到2mg/ml），使得器件的制作可以通过全旋涂的方式完成。

在太阳能电池器件中，DPPA既可以单独作为电子传输层使用，也可以修饰ZnO二者共同作为电子传输层使用。

当DPPA修饰ZnO 二者共同作为电子传输层使用时效率可以达到3.55%，比单独使用ZnO作为电子传输层时的效率3.25%提高接近10%，当仅用DPPA 作为电子传输层使用时效率达到3.46%。

比ZnO单层电子传输层的效率3.25%提高接近7%。

由此证明DPPA
I
是很好的电子传输材料。

与此同时我们又设计合成了一系列的线性醇溶性小分子电解质电子传输材料，命名为TFNO, TFBR, BFPT。

当这些小分子作为电子传输层使用时太阳能电池效率都比没有用电子传输层时有很大的提高，最高效率可以达到3.16%。

实验的结果表明本研究论文中设计合成的DPPA, TFNO, TFBR, BFPT是很有潜力的小分子电子传输材料。

关键字：有机太阳能电池；有机小分子给体；界面；电子传输
Synthesis of novol molecule donor and alcohol soluble ETL Abstract Synthesis of novel molecule donor and alcohol soluble ETL
Abstract
Organic photovoltaic （OPV）have gathered considerable attention as an renewable energy technique due to its unique advantages of low cost, light weight, and the potential of realization of flexible and large area fabrication
In the filed of organic solar cell, most of the work has been focused on polymer solar cell (PSC) and small molecule solar cell (SMSC). Both PSC and SMSC are usually fabricated with bulk heterojunction (BHJ) architecture and [6,6]-phenyl-C61–butyric acid methyl ester (PC61BM) as the acceptor. Indeed, in addition to the currently better OPV performance than SMSC, polymers have the advantages such as better film forming quality and so on. However, it cannot be denied that there are disadvantages for polymer-based OPV, such as batch to batch reproducibility, difficulty of purification, and so on. These disadvantages prevent it from marketization. In contrast, small molecules intrinsically do not have such flaws. Additionally, their band structures could be tuned easily with much more choices of chemical modification. Furthermore, small molecules generally have higher charge mobility and open voltages. For the sake of improve the efficiency of SMSC, we designed and synthesized four small molecule donors 1a, 1b, 2a and 2b, and get moderate efficiency.
Up to date, the promising configuration of generally bulk hetero-junction PSCs is an active layer sandwiched between transparent metal-oxide anode and a metallic cathode. In which, the well phase-separated active layer, donor with perfect absorption and excellent interface, all are the key factors to improve the efficiency. In these factors, the modification of interface between the electrode and the active layer is a practical way to improve the short circuit current (J SC), open circuit voltage (V OC), and fill factor (FF) at the same time. Most search groups have put their effort on the conjugated polymer electrolyte as the electron transport layer. However, we focus on the design and
III
Abstract Synthesis of novol molecule donor and alcohol soluble ETL synthesis of alcohol soluble small molecule as electron transport layer.
Compared with conjugated polymer electrolyte, alcohol soluble small molecule electron transport molecule can be easily synthesized, purified, stricture defined, and reproduced. So we design and synthesized four soluble small molecule electron transport molecule DPPA, TFNO, TFBR, BFPT. These molecules have been used in OPV and improve the efficiency compared with the reference devices.
Devices with DPPA modified ZnO-NP as the ETL were fabricated, a V oc of 0.63 V, a J sc of 9.09 mA/cm2, a FF of 62%, and a PCE of 3.55% was obtained, showing an efficiency enhancement of 9.2% compared to the reference devices without DPPA. By using DPPA modified ITO as the cathode, PCE as high as 3.46% was obtained, indicating that DPPA is a promising electron transport materials.
Some other alcohol soluble molecules, such as DPPA, TFNO, TFBR and BFPT were also synthesized. Buffered by these molecules as ETL, devices with the highest PCE of 3.16% can be achieved, indicating that these molecules are good candidates for ETL.
Keywords: polymer solar cell; molecule donor; interlayer; electron transport; alcohol soluble molecule
Written by: Jing Li
Supervised by: Wanli Ma
IV
目录
第一章绪论 (1)
1.1引言 (1)
1.2有机小分子太阳能电池的研究发展历程 (2)
1.3有机小分子太阳能电池的器件结构和光伏转化机理 (3)
1.3.1 有机小分子太阳能电池的器件结构 (3)
1.3.2 有机小分子太阳能电池的光伏转化机理 (4)
1.4有机小分子材料简介 (5)
1.4.1 非直线型的有机小分子材料 (5)
1.4.2 线性的有机小分子材料 (8)
1.5有机太阳能电池中醇溶性电子传输材料的研究发展 (12)
1.5.1 醇溶性聚合物电子传输材料的发展 (12)
1.5.2 醇溶性小分子电子传输材料的发展 (14)
1.6本论文的创新之处 (15)
1.7参考文献 (15)
第二章小分子给体材料的合成及光伏性能的研究 (19)
2.1引言 (19)
2.2实验部分 (19)
2.2.1 原料与试剂 (19)
2.2.2 主要表征及测试 (20)
2.2.3 材料的合成 (20)
2.2.4 有机太阳能电池器件的制备与光伏性能的测试 (26)
2.3结果与讨论 (27)
2.3.1 化合物的合成与表征 (27)
2.4本章小结 (38)
2.5参考文献 (38)
第三章醇溶性小分子电子传输材料的合成与光伏性能的研究 (40)
3.1引言 (40)
3.2实验部分 (40)
3.2.1实验试剂和药品 (40)
3.2.2主要表征及测试 (42)
3.2.3 材料的合成 (42)
3.3结果与讨论 (48)
3.3.1 化合物的合成与表征 (48)
3.4本章小结 (64)
3.5参考文献 (65)
第四章全文总结结论及展望 (67)
总结 (67)
展望 (68)
攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文 (69)
致谢 (70)
新型小分子给体和醇溶性电子给体材料的合成及在太阳能电池中的应用第一章绪论
第一章绪论
1.1 引言
进入二十一世纪以来，人类对能源的需求量越来越大，传统的非再生能源如煤、石油、天然气等由于全球储量有限，已经不能满足人们的需求。

在这样的背景下，风能，潮汐能，地热能，太阳能等新型的可再生能源应运而生，受到人们的青睐。

其中太阳每天辐射到地球表面的能量约为120000 TW，并且太阳能是一种长久、清洁的能源，所以最大限度的开发太阳能是解决能源问题最有效的途径之一。

而利用太阳能发电的有机太阳能电池作为最有前途新型能源之一越来越受到人们的关注。

1839年，法国物理学家A.E.Becquerel发现了光生伏特效应，为太阳能电池的产生提供了理论基础。

经过100多年的发展，美国贝尔实验室于1954年制成了世界上第一个实用的太阳能电池，效率为4%，并且在1958年被应用到美国的先锋1号人造卫星上。

这种以单晶硅和多晶硅为太阳能电池材料的电池就是第一代太阳能电池，之后又出现了以非晶硅薄膜，铜铟镓锡和碲化镉为电池材料的第二代太阳能电池—无机薄膜太阳能电池。

这两代太阳能电池的缺点就是生产过程污染大，耗能大，并且工艺繁琐，电池本身没有柔性，实际应用受到限制。

后来人们发明了第三代太阳能电池——有机薄膜太阳能电池，电池的主要结构就是“三明治结构”：阳极，光敏层，阴极。

电池的工作原理就是：1.利用中间的光敏层吸收太阳光；光子被吸收后激发电子跃迁产生激子；2.激子分离成电子和空穴；3.电子和空穴在电场的作用下运动到阴极和阳极产生电流。

太阳光的能量分布图1.1。

第三代太阳能电池使用的光敏层材料是有机半导体，电池的优点就是：成本低，重量轻，具有柔性，可大面积旋涂制作。

1995年Alan Heeger1提出了“体异质节”的太阳能电池概念，有效提高了太阳能电池的效率。

迄今为止科学家仍使用这种器件结构。

有机太阳能电池按给体材料的种类分类，可以分为聚合物太阳能电池，小分子太阳能电池和染料太阳能电池。

其中小分子给体材料以其独特的优势：分子结构和分子质量确定，提纯简单，合成具有批次稳定性，受到科学家的青睐。

1
第一章绪论新型小分子给体和醇溶性电子材料的合成及在太阳能电池中的应用
图1.1标准AM 1.5太阳光谱辐照度分布
Fig. 1.1 solar spectral irradiance: Air Mass 1.5
1.2有机小分子太阳能电池的研究发展历程
有关小分子太阳能电池的的报道可以追溯到二十世纪八十年代末，1986年，C. W. Tang2研究了以CuPc为给体材料，PV为受体材料的双层有机小分子太阳能电池的光伏性能，光电转换效率(PCE)接近1%。

但是双层的太阳能电池的器件结构有很大的局限性，给体材料和受体材料的接触面积非常小，这种局限性限制了太阳能电池效率的提高。

1995年Hummelen3合成了PCBM，Y u提出了体异质节（BHJ）的概念，自此以PCBM为受体，采用BHJ结构的太阳能电池成为了主旋律。

从1986年到2009年，以溶液旋涂方式制作的有机小分子太阳能电池的效率一直没有突破性的进展。

直到2009年，T.-Q. Nguyen课题组设计合成了小分子给体DPP(TBFu)2，制作了以DPP(TBFu)2为给体，PC71BM为受体的有机小分子太阳能电池器件，效率达到了4.4%4。

这个振奋人心的工作让人们重新看到了有机小分子太阳能电池的希望。

继这个工作之后，小分子太阳能电池的效率飞速提高。

2011年南开大学陈永胜教授课题组实现了5.08%5和5.85%6的效率，后来，Heeger课题组实现了6.7%7的效率，现在有机小分子太阳能电池的效率已经达到了7.4%8。

经过多年的不懈努力，科学家们已经在有机小分子太阳能电池领域取得了很
2
新型小分子给体和醇溶性电子给体材料的合成及在太阳能电池中的应用第一章绪论大的进步，相信小分子太阳能电池效率在大家的努力下会再攀新高。

1.3有机小分子太阳能电池的器件结构和光伏转化机理
1.3.1 有机小分子太阳能电池的器件结构
有机太阳能电池经过几十年的发展，器件结构越来越多样化。

但整体上都是采用夹层式的“三明治”结构，即将有机层夹在阴极和阳极之间,器件结构如图1.2所示。

阳极材料一般选用透明的氧化铟锡（ITO），阴极则采用低功函数的金属如Al。

阳极是ITO导电玻璃，因为表面比较粗糙，通常会在其表面旋涂一层PEDOT:PSS以减少针孔等形貌缺陷，同时也可以提高空穴的收集效率。

此外，水溶性的PEDODOT:PSS在常用有机溶剂里的溶解性极差，因而在PEDOT:PSS表面旋涂有机层极易实现，不会存在任何工艺上的困难。

PEDOT:PSS上面是一层通过溶液旋涂的方式得到的光敏层，通常是由有小分子和PCBM组成。

这部分主要的功能是吸收光，也是太阳能电池的核心部分。

光敏层上面通常会蒸镀一层LiF，提高电子的收集。

阴极一般选用功函比较低的金属铝。

因为修饰ITO的PEDOT:PSS 对水和氧气都很敏感，并且其本身的酸性基团容易腐蚀ITO，影响太阳电池的寿命和稳定性。

同时阴极材料Al也具有空气不稳定性。

为了解决这个问题，科学家通过借鉴OLED的器件结构经验，提出了反置太阳能电池的概念。

反置太阳能电池是用ITO收集电子，金属电极收集空穴。

在反置器件中，一般用ZnO和TiOx作为选择性收集电子的界面层，MnO3作为选择性收集空穴的界面层。

反置太阳能电池中一般会用Ag或者Au等高功函的金属作为阳极，这样就保证了器件的稳定性。

虽然反置太阳能电池有着很大的优势，但是作为阴极的ITO，其能级和PCBM的能级不是很匹配，所以最高效率还是由正置结构的有机小分子太阳能电池保持。

3
第一章 绪论 新型小分子给体和醇溶性电子材料的合成及在太阳能电池中的应用
4
图1.2 正置的太阳能电池结构（左图）和反置太阳能电池结构(右)
Fig. 1.2 the conventional structure (left) and inverted structure (right) of organic solar cell
1.3.2 有机小分子太阳能电池的光伏转化机理
有机小分子太阳能电池是把太阳能转化为电能的器件。

对于光敏层中的共轭有机小分子和PCBM 而言，通过 π 电子的公有化产生导带，沿准一维主链离域的 π 和 π*分子轨道分别是最高占有分子轨道（HOMO ）和最低未占有分子轨道（LUMO ），分别对应价带和导带。

当受到光照的时候，光敏层吸光产生激子，激子在小分子与PCBM 界面处受内建电场的作用分离成电子和空穴，电子进入PCBM 的导带向阴极运动，空穴则进入有机小分子的价带向阳极运动，电子和空穴定向运动并且由电极导出形成电流，这样就实现了光伏转换。

具体来说可以分为5个过程：(1)激子产生； (2)激子运动到D-A 界面； (3)激子的分离； (4)空穴和电子运动到电极； (5)空穴和电子被电极收集。

太阳能电池的光伏转化机理如图1.3所示。

太阳能电池的光电转换效率公式为：PCE=J sc × V oc × FF/P in ,其中J sc 主要是由有机小分子的带宽决定，V oc 主要是由有机小分子的HOMO 和PCBM 的LUMO 的差值决定。

FF 主要是由光敏层的迁移率决定。

为了提高太阳能电池的效率，小分子给体材料要具备以下几个条件：带宽合适，迁移率高，溶解性好。

同时小分子给体材料和PCBM 的相分离和结晶性要好。

图1.3太阳能电池工作原理①激子的产生②激子的迁移
③电荷分离④电荷的传输⑤电荷的收集
Fig. 1.3 the work Mechanism of Organic Solar Cells ①Exciton generation
②Diffusion of exciton③Charge separation④Charge transfer⑤Charge collection
1.4 有机小分子材料简介
有机小分子作为电子给体应用到OPV中，一般应具备以下几个条件：(1)稳定性和溶解好，容易形成均一稳定的薄膜；(2)空穴传输好，并且可以和受体材料形成良好的相分离；(3)具有合适的带隙和良好的吸光系数。

目前旋涂性的小分子给体材料的结构主要分为非直线型和直线型两大类，最近几年，小分子太阳能电池取得了良好的研究成果，下面我们将做一个细致的介绍。

1.4.1 非直线型的有机小分子材料
非直线型的小分子结构主要包括枝状型，星状型，X型。

这些分子的立体结构是2-D或者接近准3-D。

2-D平面结构和线性的1-D分子相比可以增加小分子的平面性，从而提高电子迁移率。

3-D的立体结构和1-D的线性结构，2-D的平面结构相比，具有空穴传输和光吸收各向同性的特点，二者理论上都可以提高电子的迁移率，从而增加短路电流(J sc)。

1.4.1.1 枝状的噻吩
因为P3HT具有良好的空穴迁移率，所以小分子给体研究初期以噻吩类的小分子为主。

Peter Bauerle9课题组对三组枝状噻吩做了系统的研究。

器件结果表明，给
体材料的分子量越大，器件效率越高。

影响效率的主要因素就是短路电流(J sc)。

根据吸收光谱和吸光系数的测定证明，吸光系数随着共轭噻吩数的增加而增加。

所以当分子中最长共轭噻吩的个数越多的时候，整个分子的吸光越好，J sc越大。

因为文章中的6个化合物的HOMO能级没有差别，所以V oc没有很大的区别。

最后结果表明，末端是氢原子的化合物要比三甲基硅的化合物光伏性能好，分子中含有最长噻吩共轭链的分子器件性能最好。

这也表明枝状结构的噻吩小分子的器件效率一定会比噻吩聚合物的效率低。

基于上述枝状小分子器件总体效率不高，主要是因为电流和填充因子太低，为了提高电流，Peter Bauerle10合成了第二类的枝状噻吩低聚物7和8,这类分子采用了聚合物分子的D-A结构。

8的HOMO能级是-5.3 V，LUMO能级是-3.9 V，带宽是1.4 V，光伏响应J sc为 3.3 mA/cm2, V oc为 1.00 V, FF为38, PCE为1.3%，和8类似的全噻吩的小分子4的HOMO能级是-5.28 V，LUMO能级是-3.07 V，带隙是2.21 V，光伏响应J sc为2.96 mA/cm2, Voc为0.94 V, FF 为37，PCE 为1.0%。

实验结果表明D-A结构的引入很好的解决了化合物带宽大，吸收光谱窄的缺点。

D-A结构的引入也是有效提高太阳能电池效率的方法之一。

与此同时Peter Bauerle11课题组合成了吡啶噻吩(9)和甲基吡啶盐噻吩(10)结构的低聚物。

和相应的全噻吩的枝状分子相比，吡啶和吡啶盐的引入有效降低了化合物的LUMO能级，HOMO能级不变，增大了化合物的吸收光谱。

但是器件效果反而更差。

化合物9的光伏响应效果为J sc为1.98 mA/cm2, V oc为0.42 V, FF为32, PCE为0.27%，相应的全噻吩类化合物的光伏响应效果为J sc为1.42 mA/cm2, V oc 为1.06 V, FF为31, PCE为0.46%。

化合物10也出现了一样的趋势，PCE有所降低，化合物10 J sc为2.35 mA/cm2, V oc为0.60 V, FF为32, PCE为0.45%，相类似的全噻吩分子J sc为2.64 mA/cm2, V oc为0.99V, FF 37, PCE 1.3%。

实验数据表明吡啶和甲基吡啶盐分子的V oc要远远小于噻吩类的化合物，J sc和FF没有出现统一的变化趋势，这可能是由吡啶盐类化合物的成膜性不好造成的。

枝状噻吩最大的缺点就是成膜性差，空穴的迁移率低，从而使得器件的FF比较低。

为了解决枝状噻吩成膜性不好的这个缺点，Peter Bauerle12课题组把容易自组装成晶体的hexa-peri-hexabenzocoronene（HBC）结构单元引进到枝状噻吩分子中。

化合物11和12的FF为40和42，和相同个数的纯噻吩枝化合物的FF 35相
比有所提高。

同时也证明噻吩的个数越多吸收越好，但是分子的排列变差，这是一个trade-off的过程。

所以这类的分子作为给体材料时电池的效率不会有很大的提高。

化合物的化学结构式如图1.4所示
图1.4 枝状小分子给体的化学结构式
Fig. 1.4 the chemical structures of dendritic thiophene
1.4.1.2 星状分子结构的有机小分子材料
与线性的小分子相比，2-D星状结构分子的平面性更好，在薄膜中排列更好，更有利于空穴的传输，可以有效的提高空穴迁移率。

与线性小分子，2-D结构的分子相比,3-D具有空穴传输和光吸收各向同性的优势，理论上可以提高小分子的空穴传输速率，最终可以提高太阳能电池的电池效率。

R=H, TMS
1
R=H, TMS
2
R=H, TMS
3
R=H, TMS
4 5
6 7 8 9 10
11
12
Roncali 13课题组在2006年合成了化合物13，并把该化合物应用到双层结构的太阳能电池中。

光照强度为77 mW/cm 2的条件下，开路电压达到了0.85 V ，短路电流为1.35 mA/cm 2，效率可以达到0.78%。

相应的线性分子14的器件效果为开路电压0.74 V ,短路电流为0.094 mA/cm 2，光电转化效率为0.04%。

器件结果表明高分子的平面性可以有效的提高电池的效率。

中科院李永舫课题组2008年14合成了3-D 星状的化合物15，并用于器件结构ITO /PEDOT:PSS/19: PC 60BM(1:3)/Ba/Al 中,标准光照条件下所得到的光伏转化效应为短路电流4.18 mA/cm -2, 开路电压 0.81 V , 填充因子为39，光伏转化效率为
1.33%。

相应的线性分子16的器件效果为短路电流1.25 mA/cm -2, 开路电压 0.84 V , 填充因子为34，光伏转化效率为0.35%。

结果显示化合物19做给体时，器件的短路电流是化合物20的3.3倍，这主要是化合物19空穴迁移率的增加和带隙降低带来的吸收红移造成的。

化合物的化学结构式如图1.5所示
图1.5 星状小分子给体的化学结构式
Fig. 1.5 the chemical structures of star-shaped molecules
1.4.2 线性的有机小分子材料
线性的有机小分子材料引进了聚合物的D-A 结构后，太阳能电池效率得到了有13 14 15 16
效地提高，目前最高效率达到了7.4%。

这些小分子的结构主要为以下几类A-D-A, D-A-D-A-D,D-A-D等（D为给体结构单元，A为受体结构单元）。

Thuc-Quyen Nguyen课题组以DPP为结构单元合成了一系列的D-A-D结构的化合物154，使得电池效率从2.33%提高到了4.4%。

其中效率最高的化合物DPP(TBFu)2(17)在器件结构ITO/PEDOT:PSS/DPP (TBFu)2:PC71BM(60:40)/Al 中短路电流为10 mA/cm-2，开路电压为0.92 V，填充因子为48，光伏转换效率为4.4%。

因为DPP结构单元的吸光好，所以有效提高了太阳能电池的短路电流。

DPP (TBFu)2的HOMO能级为-5.2 V，LUMO能级为-3.4 V，和P70CBM的能级匹配。

带隙为1.8 V，克服了小分子带隙宽，吸收差的缺点。

由此可见，调节小分子给体材料能级是提高太阳能电池效率的一个有效方法。

现在科学家应用的主要的方法就是在小分子给体中引入D-A结构。

Alan J. Heeger7课题组合成的化合物DTS(PTTh2)2（18），在器件结构ITO/MoOx/DTS(PTTh2)2:PC70BM（70:30）/Al中表现出了很好的光伏响应。

短路电流为14.4 mA/cm-2，开路电压为0.78 V，填充因子为59.3，光伏转化效率为6.7%。

DTS(PTTh2)2的HOMO能级为-5.2 V，LUMO能级为-3.6 V,和PC70BM能级非常匹配，因为结构单元DTS本身具有高的迁移率（0.1 cm2v-1s-1）和宽的吸收带，同时DTS(PTTh2)2采用了D-A结构，有效的降低了化合物的带隙，使得化合物的带隙达到了1.6V，化合物DTS(PTTh2)2薄膜吸收达到了715 nm。

这些优点使得太阳能电池的短路电流大大增加。

当光敏层中加入0.25%DIO后，薄膜结构和相分离尺寸得到了优化，同时DTS(PTTh2)2结晶性大大增加，使太阳能电池的电流，填充因子和开路电压都大幅度的增加。

可见，想要提高太阳能电池的效率，小分子中给体结构的选择和光敏层形貌的优化都是非常重要的工作。

南开大学的陈永胜课题组对小分子的结构进行了系统的研究5, 8, 16，同时也是目前小分子太阳能电池最高效率的创造者。

2011年陈永胜5课题组合成的化合物DCAE7T（19）DCAO7T（20）DCAEH7T（21），是在低聚P3HT的两端引入了拉电子集团氰基乙酸R酯基。

通过引入D-A结构，有效的降低了DCAO7T的带宽。

三个化合物通过引入不同的R烷基链，使得化合物的吸光，空穴迁移率，分子的结晶性，给体和受体的相分离有了非常大的改变。

小分子DCAO7T引入的是八个碳的直连，在器件结构I TO/PEDOT:PSS/ DCAO7T:P71CBM(1:1.5)/ LiF /Al中表现出比
DCAE7T，DCAEH7T好的效率，短路电流为10.74 mA/cm2,开路电压为0.86 V,填充因子为55，光伏转化效率为5.08%，这主要是因为化合物DCAO7T和受体可以形成很好的相分离。

由此可见烷基链的正确选择不仅可以影响化合物的溶解性，同时也影响着光敏层的相分离。

为了进一步提高该类化合物的短路电流，陈永胜课题组把该类化合物的吸电团换成了3-乙基绕丹宁，合成了化合物DERHD7T(22)。

3-乙基绕丹宁引入主要是为了提高化合物的吸光效率。

DERHD7T在器件结构为ITO/PEDOT:PSS/DERHD7T:P70CBM(1:0.5)/LiF/Al的光伏转化效率如下所示, 短路电流为13.98 mA/cm2,开路电压为0.92 V,填充因子为47.4，光伏转化效率为6.10%。

结果表明短路电流确实得到了有效地提高。

除了改变受体结构单元以外，陈永胜还把中间的噻吩改变为其它的给体结构单元，进一步提高了太阳能电池的效率。

2011陈永胜6课题组合成了化合物DCAO3TSi（23），和DCAO7T相比就是把中间的噻吩替换成了二噻吩并硅，DCAO3TSi 在器件结构ITO/PEDOT:PSS/DCAO3TSi:PC61BM（1:0.8）/LiF/Al中的光伏效应为短路电流11.51 mA/cm2,开路电压为0.80 V,填充因子为64，光伏转化效率为5.84%。

比DCAO7T 的效率5.08%高。

这主要是因为的DCAO3TSi迁移率高，同时分子的排列更好一些。

2012年陈永胜合成了化合物DR3DTBT（24）和DCAO3DTBT（25）, DR3DTBT 在器件结构ITO/PEDOT:PSS/DR3DTBT:P71CBM（1:0.8）/LiF/Al中的光伏响应为短路电流为12.21 Am/cm2，开路电压为0.93V,填充因子为65.0，光电转化效率为7.38%。

DCAO3DTBT在器件结构ITO/PEDOT:PSS/DCAO3DTBT:P61CBM（1:0.5）/LiF/Al的光伏响应为短路电流为8.00 mA/cm2，开路电压为0.95 V,填充因子为60.0，光电转化效率为4.56%。

DR3DTBT作为给体的太阳能电池的效率高于DCAO3DTBT主要是因为3-乙基绕丹宁基团的吸光好，化合物DR3DTBT和PCBM 的相容性好，使得相分离变好，增大了短路电流。

同时DR3DTBT作为给体材料的器件中电子和空穴迁移率更均衡，所以填充因子更大。

化合物的分子结构如图1.6所示
图1.6 1-D 小分子给体的化学结构式
Fig. 1.6 the chemical structures of 1-D molecules 25 24 23 22 21 20 19 17 18。