1. 研究目的与意义
| 1．研究的背景、目的及意义 随着全球能源和环境问题的日益加重，发展可再生能源和绿色能源已经成为解决世界能源短缺和环境污染问题的有效方法，相对于风能、地热能、生物能和潮汐能等新能源，太阳能以污染小、可利用率高、资源分布广泛和使用安全可靠等优点，成为最具有发展前景的能源之一。因此，利用太阳能电池把光能转换为电能作为新能源产业的中坚力量获得了大量的关注。 太阳能电池的发展经历了第一代硅基太阳能电池，第二代多元化合物薄膜太阳能电池，已经发展到了第三代聚合物多层修饰电极型太阳能电池。近年来，第三代新型太阳能电池的研究一直是研究的重点，体异质结有机太阳能电池（OSCs）、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池（DSSCs）等，其中有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池近几年来最为引人注目。而OSCs具有器件结构简单、成本低、重量轻、可柔性加工［1］及易于通过分子设计调控器件性能等优势［2］［3］，表现出强劲的发展势头，已经成为光伏领域的研究热点和前沿［4］［5］。 研究发现OSCs的活性层材料是决定其PCE（PowerConversion Efficiency）的关键因素。OSCs的活性层材料分为共轭聚合物电子给体材料（D）和电子受体材料（A）两大类。目前，共轭聚合物电子给体材料的研究相对比较充分，但受体材料的研究相对滞后，发展空间巨大。OSCs活性层材料中的受体材料又分为富勒烯衍生物和非富勒烯有机半导体两类。经过过去十几年的发展，富勒烯衍生物受体的OSCs的PCE已经从低于1%提高到10-11%［6-8］。但是，富勒烯衍生物受体材料吸收光谱较窄、能级调节困难、价格较昂贵和形貌稳定性差等缺点限制了其发展。 由此，开发新的非富勒烯类受体材料的 OSCs具有重要的研究价值和实用价值。非富勒烯型OSCs受体材料又分为两大类：一是n-型共轭聚合物受体材料，二是n-型有机半导体小分子受体材料（n-OS）。最近几年发展起来的n-型有机半导体（n-OS）受体材料具有吸收光谱和电子能级易调节、溶解性和形貌稳定性好，在聚合物太阳能电池中能表现出低的能量损失等优点，十分有利于提高器件的开路电压和能量转换效率［9］。因而，基于n-OS的非富勒烯OSCs受到越来越多的关注，尤其是2014年以来，发展十分惊人，OSCs的PCE以及超过了基于富勒烯衍生物受体和共轭聚合物受体，达到了12-13%［10-12］，器件结构优化处理之后甚至达到了17.3%［13］。
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2. 研究内容和预期目标
设计合成三个系列共9种有机小分子受体材料材料，以三聚氰胺、三溴苯胺等作为核心，噻吩作为π-共轭桥联单元，并在分子的末端引入吸电子基茚二酮单元，合成具有a-d-a结构的受体分子；以二氢吩嗪为核心，溴苯胺为π-共轭桥联单元，通过改变分子的结构以末端集团，期望得到具有良好性能的有机小分子受体材料，制作成具有较高效率的有机光伏器件，为有机小分子太阳能电池受体材料的研究提供一些基础数据。
1）利用分子设计原理以三聚氰胺、三溴苯胺、idt、茚二酮、二氢吩嗪等为原料，通过多步反应，设计合成3系列有机小分子受体材料材料；
2）运用核磁共振谱、红外光谱及元素分析等分析手段对所合成的有机光电材料及中间产物进行结构的表征与确定；
3. 研究的方法与步骤
对合成的材料运用nmr、ftir、icp、ms等分析手段对其结构进行表征；
使用uv-vis、cv、tga对其光物理性质进行检测，并进行dft的模拟计算；
筛选性能优良的受体材料，制作光电池，对其光电性能进行评价。
4. 参考文献
| 1．主要参考文献 ［1］Zhan X, Tan Z A, Domercq B, An Z, ZhangX, Barlow S, Li Y F, Zhu D, Kippelen B, Marder S R. J Am Chem Soc,2007,129(23): 7246–7247 ［2］Hwang Y J, Earmme T, Courtright B A,Eberle F N, Jenekhe S A. J Am Chem Soc, 2015, 137(13): 4424–4434 ［3］Guo Y, Li Y, Awartani O, Zhao J, Han H,Ade H, Zhao D, Yan H. Adv Mater, 2016, 28(38): 8483–8489 ［4］Lin Y，Li Y，ZhanX． Chem． Soc． Rev． ，2012，414245． ［5］S ndergaard R，Hsel M，Angmo D，Larsen-OlsenT T，Krebs F C． Mater． Today，2012，15 36． ［6］Zhang S, Ye L, Zhao W, Yang B, Wang Q, Hou J.Sci China Chem, 2015, 58(2): 248-256. ［7］Jin Y, Chen Z, Dong S, Zheng N, Ying L, JiangX F, Liu F, Huang F, Cao Y. Adv Mater, 2016, 28(44): 9811 ??9818. ［8］Dai S, Zhao F, Zhang Q, Lau T K, Li T, Liu K,Ling Q, Wang C, Lu X, You W, Zhan X. J Am Chem Soc, 2017, 139(3): 1336 ??1343. ［9］Li S, YeL, Zhao W, Zhang S, Mukherjee S, Ade H, Hou J. Adv Mater, 2016, 28(42): 9423??9429. ［10］Meng D, Fu H, Xiao C, Meng X, WinandsT, Ma W, Wei W, Fan B, Huo L, Doltsinis N L, Li Y, Sun Y, Wang Z. J Am ChemSoc, 2016, 138(32): 10184–10190 ［11］Duan Y, Xu X, Yan H, Wu W, Li Z, Peng Q. AdvMater, 2017, 29(7): 1605115 ［12］Chen, S., et al., Advanced Materials,2017. 29(6): p. 1604231. ［13］Lin Y, Zhan X. AccChem Res, 2015, 49(2): 175-183
［14］Lin, Y. and X. Zhan, Materials Horizons, 2014. 1(5): p. 470. ［15］Dai, S., et al., Journal of the American Chemical Society, 2017.139(3): p. 1336-1343. ［16］Li, S., et al., Advanced Materials, 2016. 28(42): p. 9423-9429. ［17］Fan, Q., et al.. Science China Chemistry, 2018. 61(5): p. 531537. ［18］Meng, L., et al., Science, 2018. 361(6407): p. 1094-1098. 19］Hwang Y J, Earmme T, Courtright B A, Eberle F N, Jenekhe S A. J AmChem Soc, 2015, 137(13): 4424 – 4434 ［20］Guo Y, Li Y, Awartani O, Zhao J, Han H, Ade H, Zhao D, Yan H. AdvMater, 2016, 28(38): 8483 – 8489 |
5. 计划与进度安排
（1）2022-3-4~2022-3-17（第二、三周）在查阅文献资料的基础上，写出开题报告。
（2）2022-3-18~2022-6-9（第四周到第十五周）完成合成实验、结构表征及性能测试。
（3）2022-6-10~2022-6-21（第十六到十七周）撰写毕业论文并答辩。
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