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基于梯形稠杂环的非富勒烯受体材料的设计与光伏性能研究的开题报告
一、研究背景及意义
近年来，新型有机太阳能电池作为一种新兴的太阳能转换器件，在太阳能转化、储存和利用等方面被广泛研究和应用。然而，传统的有机太阳能电池受体材料富勒烯(C60、C70)价格昂贵，制备成本高，并且其光电转化效率有限。
因此，发展经济高效的非富勒烯受体材料成为一种迫切需求。目前，从结构设计和合成方法两方面入手，不断发掘和开发新型非富勒烯受体材料，以提高太阳能电池的光电转换性能已成为合成化学家、物理化学家和材料科学家们的重要研究方向。
二、国内外研究现状
国内外的研究表明，非富勒烯受体材料具有更广的吸收光谱、更快的载流子传输速度和更高的开路电压等优势，因此在太阳能电池的研究中备受关注。近年来，非富勒烯受体材料的研究重点在于探索新型骨架结构、调控能带结构和改进材料性质等方面。目前，常见的非富勒烯受体材料包括多种化学结构，如碳酰亚胺型，吡咯型和稠环型等。
在化学结构的探索中，事实上，许多非富勒烯受体材料基于含有氮、硫、氧等非金属元素的建构单元，具有良好的化学和物理性质，并可实现专性化调控。在新型受体材料的研究方面，基于梯形稠杂环的非富勒烯材料在近几年逐渐得到了关注。这类材料不仅拥有优良的骨架结构，还可以通过改变材料的稠杂性质来实现材料性质的调节。其骨架结构本身就具有良好的吸收性能，通过调节稠杂性质，进一步增强了材料的光吸收性能。这类材料的制备方法比较简单，相对于传统的富勒烯材料来说具有成本低、高效性高等优势。
三、研究内容及研究方法
本研究将以梯形稠杂环为基本骨架单元，通过改变稠杂环的数量和位置来构造一系列新型非富勒烯材料，并系统研究其光学和电学性能。通过有机合成方法及其相关表征手段进行材料合成、结构确定和性质测试，分析其在太阳能电池领域的潜在应用。具体研究内容如下：
1.合成一系列基于梯形稠杂环的非富勒烯受体材料，通过核磁共振、红外光谱和MS对化合物结构进行表征和确立；
2.研究材料的光电转换性能，包括UV-Vis吸收光谱、荧光光谱、紫外光电子能谱、表面电子能谱等，以及电荷传输率研究，同时配合计算程序进行理论模拟；
3.采用常规测试方法，如量子效率测量、现场电镜、场发射扫描电镜研究元件光电性能，并研究材料的多晶薄膜制备工艺以及太阳能电池的制备条件；
4.系统评估基于梯形稠杂环的非富勒烯受体材料在有机太阳能电池领域的应用前景。
四、预期成果
1.合成出一系列新型基于梯形稠杂环的非富勒烯太阳能电池受体材料。
2.系统地研究这种具有特殊结构的材料在光谱诊断、电荷传输和界面修饰等方面的特殊性质。
3.系统性地探索这种非富勒烯受体的光电转换机理，并验证其在太阳能电池中的应用性能。
4.本研究提供有机材料科学中新的理念，在成果应用方面有望推动有机太阳能电池的广泛应用，也有望为同类中的开展新的材料结构设计提供新的契机，有重要的前瞻性和创新意义。
五、研究进度安排
2022.1-2022.6准备研究计划、阅读相关文献
2022.7-2022.12合成一批基于梯形稠杂环的非富勒烯受体材料
2023.1-2023.6采用动态光谱、电化学和光电子能谱等技术测试其材料性能；
2023.7-2023.12开始制备和测试太阳能电池材料的光电性能；
2024.1-2024.6系统评估基于梯形稠杂环的非富勒烯受体材料在有机太阳能电池领域的应用前景；
2024.7-2024.12数据分析、论文撰写并完成学位论文答辩。