1、六苯并暈苯（Hexa-peri-hexabenzocoronene，HBC）是一種由42個(gè)碳原子、13個(gè)六元環(huán)構(gòu)成的盤狀液晶材料，可以看作為石墨烯的最小構(gòu)筑單元。其分子之間具有很強(qiáng)的π-π堆疊的共軛作用。在進(jìn)行一定的修飾后，HBC能夠形成一維納米線、碳納米管等穩(wěn)定的自組裝結(jié)構(gòu)，在軸向方向具有極高的載流子遷移率。這些性能使得HBC在有機(jī)光電子材料領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。然而，目前的研究中，基于六苯并暈苯材料的有機(jī)太陽能電池效率并不理想，最

2、高效率僅為2.6％左右。這個(gè)現(xiàn)狀與與其優(yōu)良的光電性能極是不相稱的。
　　我們認(rèn)為HBC兩方面的不足導(dǎo)致了上述的結(jié)果。第一，HBC分子的吸收光譜范圍較窄，禁帶寬度過大，導(dǎo)致其難以充分吸收和利用太陽光。第二，由于HBC分子自組裝能力過強(qiáng)，導(dǎo)致其在太陽能電池器件的活性層中，形成了相疇較大的自聚集，與PCBM等受體材料相容性較差。這使得激子很難傳輸?shù)讲牧辖o受體界面進(jìn)行分離。針對上述的問題，本論文開創(chuàng)性的將HBC引入到共軛聚合物中，希望通過

3、合理的分子設(shè)計(jì)，發(fā)揮HBC的自組裝、載流子傳輸?shù)确矫娴拈L處，克服其在吸收光譜和活性層形貌上的不足，提高基于HBC的聚合物太陽能電池的效率。
　　(1)設(shè)計(jì)合成了基于HBC和PCDTBT的三組分共聚物，PCDTBT-5HBC和PCDTBT-10HBC，以PCDTBT二元共聚物作為對比，研究HBC的引入對于該聚合物的影響。研究發(fā)現(xiàn)，含有HBC的聚合物表現(xiàn)出了更好的熱穩(wěn)定性、更寬的吸收光譜和更低的HOMO能級(jí)。更重要的是，HBC使聚合物

4、分子間π-π共軛作用顯著增強(qiáng)，其結(jié)果是場效應(yīng)遷移率提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。隨著HBC含量的增加，光伏器件的開路電壓和短路電流同步增加，光電轉(zhuǎn)化效率從3.21％提高到4.20％。
　　(2)以高效率的PTh4FBT二元D-A光伏共聚物為研究對象，在其中分別引入0、2.5、5和10％的HBC，設(shè)計(jì)合成了四種新的聚合物，以研究HBC作為第三組分對于高性能聚合物光伏材料的影響。研究發(fā)現(xiàn)，HBC含量變化，對于材料的熱力學(xué)、光學(xué)以及電化學(xué)性能影

5、響較小。然而，材料的光伏性能卻隨著HBC含量的增多，呈現(xiàn)出先升后降的規(guī)律。特別是從0％到2.5％再到5％，器件的短路電流、填充因子和光電轉(zhuǎn)化效率呈現(xiàn)同時(shí)遞增的趨勢。PTh4FBT、PTh4FBT-2.5HBC、PTh4FBT-5HBC和PTh4FBT-10HBC的效率分別為6.07、6.81、7.56和7.20％，引入5％HBC后，材料的效率提高了24.5％。
　　(3)使用Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)，選用不同的烷基鏈和π橋單元，設(shè)計(jì)合

6、成了基于HBC和強(qiáng)吸電子單元吡咯并吡咯二酮(DPP)的系列D-A型共聚物PHBCDPP。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DPP單元的引入有效拓寬了基于HBC材料吸收光譜，降低了材料的禁帶寬度。其中以聯(lián)噻吩為π橋的聚合物PHBCDPPDT的吸收光譜范圍最寬，主要源于其構(gòu)筑的聚合物分子具有更長的共軛長度和以及更好的平面空間構(gòu)型。四種聚合物PHBCDPPC20、PHBCDPPC8、PHBCDPPF和PHBCDPPDT的場效應(yīng)遷移率分別為1.35×10-3、2.31

7、×10-4、2.79×10-4和8.60×10-3cm2V-1 s-1，四種聚合物制備的光伏器件的轉(zhuǎn)化效率分別為2.12、2.85、1.89和2.74％。2.85％是目前基于HBC有機(jī)光伏材料的最高效率值。
　　(4)為了解決HBC材料相分離尺寸過大的問題，我們設(shè)計(jì)合成了兩種基于HBC的聚合物PHBC-T4和PHBC-T4-DPP。引入DPP到體系后，材料的吸收光譜明顯拓寬(600到750nm)，禁帶寬度變窄（2.04到1.64e

8、V），但材料的HOMO能級(jí)有所提高。兩種聚合物都表現(xiàn)出良好的P型場效應(yīng)晶體管性能，其空穴遷移率分別達(dá)到8.8×10-3和8.6×10-3cm2V-1 s-1，性能已經(jīng)非常接近目前基于HBC的場效應(yīng)遷移率最大值。GIXRD的測試結(jié)果表明，PHBC-T4薄膜以edge-on方式擇優(yōu)排列，結(jié)晶性能優(yōu)于PHBC-T4-DPP。PHBC-T4和PHBC-T4-DPP的光電轉(zhuǎn)化效率分別為1.24％和2.74％，PHBC-T4-DPP效率更高的主要原