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摘 要

有机太阳能电池因有望提供低成本的可再生能源而备受关注，目前PCE已经能达到13%左右。如果要设计出更高性能的太阳能电池，就需要深入了解活性层中的给体材料和受体材料之间的相互作用。在聚合物供体中，聚（3-己基噻吩）（P3HT）具有最大的商业化价值，但PCE受到限制。因此，必须找到可扩展的受体材料，以提供具有P3HT的高PCE。据Chunlai Wang等人^[1]的研究，非平面非富勒烯受体二（萘乙炔基）氮杂二吡咯亚甲基的锌（II）络合物是很好的受体材料。本文在此基础上合成了络合物的前体4-己基查耳酮（4-hexylchalcone）。首先，本文在前人研究的基础上阐述了有机太阳能电池的分类、机理、性能参数等。其次，介绍了不同的受体材料及其研究进展。最后，讲述了4-己基查耳酮的结构、合成过程及实验材料的物化性质等。

关键词：受体材料；太阳能电池；非富勒烯材料

Research progress of organic solar cells and preparation of a precursor for an acceptor material

Abstract

Organic solar cells have attracted much attention because they are expected to provide low-cost renewable energy. PCE has reached about 13%. If you want to design a higher performance solar cell, you need to understand the interaction between the donor material and the acceptor material in the active layer. Among polymer donors, poly (3-hexylthiophene) (P3HT) has the greatest commercial potential, but PCE is limited. Therefore, it is necessary to find expandable receptor materials to provide high PCE with P3HT. According to the study of Chunlai Wang et al.^[1] Zinc(II) Complex of Di(naphthylethynyl)azadipyrromethene is a good receptor material. I In this paper, the precursor of the complex 4-hexylchalcone was synthesized. First, based on previous researches, this paper expounds the classification, working mechanism, performance parameters, etc. of organic solar cells. Secondly, the different receptor materials and their research progress are introduced. Finally, the structure, synthesis process and physical and chemical properties of 4-hexylchalcone are described.

Keywords: Acceptor Materials, Solar Cells, Non-fullerene Materials

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 综述 1

1.1选题背景与意义 1

1.2有机光伏的分类 1

1.2.1单层肖特基型 1

1.2.2双层平面异质结型 2

1.2.3本体异质结型（BHJ） 2

1.3有机光伏的发展及面临的问题 3

1.3.1发展 3

1.3.2问题 4

1.4有机光伏的工作机理 5

1.4.1激子产生 5

1.4.2激子扩散与分离 5

1.4.3载流子的传输与收集 5

1.5有机光伏的性能参数 5

1.5.1开路电压（Voc） 5

1.5.2短路电流密度（Jsc） 5

1.5.3填充因子（FF） 5

1.5.4能量转化效率（PCE） 6

1.5.5量子效率（η_EQE） 6

第二章 有机太阳能电池材料 7

2.1给体材料 7

2.2受体材料 7

2.2.1富勒烯受体材料 7

2.2.2非富勒烯受体材料 7

第三章 实验部分 9

3.1实验试剂 9

3.2实验仪器 9

3.3试剂的物化性质 10

3.3.1苯甲醛 10

3.3.2甲醇 10

3.3.3氢氧化钠 11

3.4产物的物质结构 11

3.5合成步骤 11

3.6实验结果 12

第四章 结果与讨论 13

致谢 14

参考文献 15

第一章 综述

1.1选题背景与意义

石油、天然气等不可再生能源的储量正在急速衰减，开发绿色可再生能源迫在眉睫^[2]。近百年来人们广泛研究如何将太阳能转化成电能，有机光伏作为一种新型的可再生能源应用，因其轻巧，机械柔韧性和大面积制造的独特优势而备受关注。1877年制备了第一片硒太阳能电池，此后越来越多的人开始研究这一领域。

由于有机太阳能电池（OSC）具有通过高通量方法在大面积、柔性基板上进行印刷的能力，因此有望成为低成本可再生能源生产的途径。有机光伏的多年研究涉及富电子材料、缺电子材料、器件制造技术等，单结器件中基于富勒烯的OSC的性能现已达到近12％的功率转换效率（PCE），而在多结器件报道中富勒烯的PCE的性能已超过13％。科研工作者们致力于研究活性层中富电子材料，开发出来具有很大价值的聚（3-己基噻吩）（P3HT）。

富勒烯及其衍生物在可见光范围内的吸收较弱，这阻碍了有机光伏的进一步发展。与富勒烯相比，非富勒烯受体具有能级可调节、近红外吸收、易合成等优点，可以实现更好的光子吸收和形态调制。Ge Jinfeng等人^[3] 通过氟化策​​略调节供体的结晶度，实现了13.34％的非富勒烯全小分子有机太阳能电池效率。过去几年见证了有机太阳能电池的巨大进步，由于非富勒烯小分子受体的快速发展，聚合物有机光伏的功率转换效率已从10％大幅提高到16%以上，显示出了非富勒烯有机电池的远大前景。

1.2有机光伏的分类

有机光伏基本上均为“三明治”结构,按照结构可以分为单层肖特基型、双层平面异质结型和本体异质结型（BHJ）三类^[4]。

1.2.1单层肖特基型

单层肖特基型光伏（见图1.1）是有机光伏历史上最早出现的电池，而且结构最为简单的电池。 1958年，世界上第一个肖特基型有机光伏被D.Kearns和M.Calvin ^[5]制备出来，他们把MgPc染料夹在阴极和阳极之间。

单层肖特基型有机光伏是结构为三层的器件，第一层和第三层分别为阴极和阳极，中间是夹一层同质活性材料。

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