基于二维苯并二噻吩的小分子材料：合成路径与光伏性能的深度剖析

基于二维苯并二噻吩的小分子材料：合成路径与光伏性能的深度剖析一、引言1.1研究背景与意义随着全球经济的快速发展，能源需求与日俱增，传统化石能源的过度开采与使用，不仅引发了严重的能源危机，还带来了环境污染、气候变化等一系列问题。在这一背景下，开发清洁、可再生的新能源已成为全球共识，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，受到了广泛关注。光伏发电作为太阳能利用的重要方式之一，具有清洁环保、可持续、分布广泛等显著优势，为解决能源危机和环境问题提供了有效途径。光伏材料作为光伏发电的核心，其性能直接影响着太阳能电池的光电转换效率和成本。近年来，有机光伏材料因其具有重量轻、成本低、可溶液加工、易于制备大面积柔性器件等优点，成为光伏领域的研究热点。在有机光伏材料中，小分子材料由于分子结构明确、易于提纯、批次差别小等特性，受到了研究者的青睐。二维苯并二噻吩小分子材料作为一类新型的有机光伏材料，具有独特的结构和优异的性能。其分子中的苯并二噻吩单元具有刚性的共轭平面和强的给电子能力，能够有效促进电荷的传输和分离。同时，通过对分子结构的修饰和调控，可以实现对材料光学、电学性能的优化，从而提高太阳能电池的光伏性能。此外，二维苯并二噻吩小分子材料还具有良好的热稳定性和化学稳定性，有利于提高器件的长期稳定性和可靠性。因此，研究二维苯并二噻吩小分子材料的合成与光伏性能，对于开发新型高效的有机光伏材料，推动光伏发电技术的发展具有重要的理论意义和实际应用价值。1.2国内外研究现状在国外，对二维苯并二噻吩小分子材料的研究开展较早，取得了一系列重要成果。例如，[具体研究团队1]通过对苯并二噻吩单元的结构修饰，合成了具有不同共轭长度和电子云分布的小分子材料，并系统研究了其光伏性能，发现通过优化分子结构，可以有效提高材料的电荷迁移率和光电转换效率。[具体研究团队2]则致力于探索新型的合成方法和工艺，以提高材料的纯度和结晶度，从而提升光伏器件的性能。他们采用先进的有机合成技术，成功制备出了高质量的二维苯并二噻吩小分子材料，并应用于有机太阳能电池中，取得了较好的效果。国内在该领域的研究虽然起步相对较晚，但发展迅速，也取得了不少令人瞩目的成绩。[国内研究团队1]设计并合成了一系列基于二维苯并二噻吩的小分子给体材料，通过对分子侧链和端基的调控，实现了对材料能级结构和光电性能的有效优化，基于这些材料制备的有机太阳能电池展现出了较高的光电转换效率。[国内研究团队2]则聚焦于材料的界面修饰和器件结构优化，通过引入合适的界面修饰层和优化器件各层之间的匹配性，提高了载流子的传输效率和器件的稳定性，进一步提升了光伏器件的性能。然而，当前二维苯并二噻吩小分子材料在合成与光伏性能研究方面仍存在一些不足与挑战。在合成方面，部分合成方法存在反应条件苛刻、产率低、成本高等问题，限制了材料的大规模制备和应用。在性能方面，虽然通过结构修饰和优化在一定程度上提高了材料的光伏性能，但与实际应用需求相比，仍有较大的提升空间，如进一步提高光电转换效率、改善器件的稳定性和降低成本等。此外，对于材料的结构与性能之间的构效关系，以及器件内部的电荷传输和复合机制等基础问题，还需要深入研究，以提供更坚实的理论基础和指导。1.3研究内容与创新点本研究旨在深入探究二维苯并二噻吩小分子材料的合成方法、性能优化及其在光伏领域的应用，具体研究内容如下：二维苯并二噻吩小分子材料的合成：设计并探索新颖、高效的合成路线，以实现二维苯并二噻吩小分子材料的高产率、低成本制备。通过对反应条件的精细调控，如温度、时间、催化剂种类和用量等，优化合成工艺，提高材料的纯度和质量。材料性能研究：运用多种先进的表征技术，如傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、核磁共振氢谱（^1HNMR）、紫外-可见吸收光谱（UV-vis）、循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等，对合成的小分子材料的结构、光学性能、电化学性能和热稳定性等进行系统研究，深入分析材料结构与性能之间的内在联系。光伏性能及应用探索：将合成的二维苯并二噻吩小分子材料应用于有机太阳能电池的制备，研究器件的光伏性能，包括开路电压（V_{oc}）、短路电流（J_{sc}）、填充因子（FF）和光电转换效率（PCE）等关键参数。通过优化器件结构和工艺，如选择合适的电极材料、界面修饰层和活性层厚度等，进一步提升器件的光伏性能，并探索其在实际光伏应用中的可行性。本研究的创新点主要体现在以下几个方面：合成方法创新：提出一种全新的合成策略，结合绿色化学理念，采用温和的反应条件和环境友好的试剂，有望解决传统合成方法中存在的反应条件苛刻、污染环境等问题，实现二维苯并二噻吩小分子材料的绿色、高效合成。性能优化创新：从分子设计的角度出发，通过引入特殊的官能团和调控分子的共轭结构，打破传统结构修饰的局限性，实现对材料能级结构和电荷传输性能的精准调控，以提高材料的光伏性能，为开发高性能的有机光伏材料提供新的思路和方法。应用探索创新：探索将二维苯并二噻吩小分子材料应用于新型光伏器件结构中，如与其他功能材料复合构建多功能光伏器件，或开发适用于不同应用场景的柔性、半透明光伏器件等，拓展其在光伏领域的应用范围，为满足多样化的能源需求提供新的解决方案。二、二维苯并二噻吩小分子材料的合成理论基础2.1苯并二噻吩的结构与特性苯并二噻吩（Benzodithiophene），其化学结构是由两个噻吩环与一个苯环稠合而成，具体化学式为C_{8}H_{6}S_{2}。这种独特的稠环结构赋予了苯并二噻吩诸多优异的特性，对基于其构建的二维小分子材料性能产生着深远影响。从稳定性角度来看，苯并二噻吩的刚性稠环结构使其具有较高的化学稳定性。由于共轭体系的存在，分子内的电子云分布较为均匀，使得分子不易受到外界化学试剂的攻击而发生化学反应。这种稳定性为小分子材料在实际应用中的长期性能保持提供了坚实基础，例如在有机太阳能电池中，能够保证活性层材料在光照、温度变化等环境因素作用下，结构和性能不发生显著改变，从而维持器件的稳定运行。共轭性是苯并二噻吩的另一关键特性。其大平面共轭结构能够实现有效的π-π堆积，促进分子内和分子间的电子离域。在小分子材料中，良好的共轭性使得电子能够在整个分子体系内自由移动，降低了电荷传输的阻力，进而提高了材料的电荷迁移率。以基于苯并二噻吩的有机半导体材料为例，高电荷迁移率有助于在有机场效应晶体管中实现快速的载流子传输，提高器件的开关速度和工作效率。此外，苯并二噻吩的电子结构决定了它具有一定的给电子能力。在有机光伏材料中，作为给电子单元，它能够与吸电子单元形成有效的电子推拉体系，调控分子的能级结构。通过合理设计分子中苯并二噻吩与其他单元的连接方式和比例，可以精确调整材料的最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）能级，使其与太阳光的吸收范围和强度相匹配，以及与电极材料的能级相适配，从而提高光电转换效率。2.2小分子材料的合成原理在二维苯并二噻吩小分子材料的合成过程中，常运用多种有机合成反应，其中缩合反应和偶联反应尤为重要。缩合反应是把两个或两个以上的小分子合成一个大分子的过程，反应过程中原料分子之间发生官能团之间的断裂和重新组合，同时会脱去少量的小分子（如水、氯化氢、醇等）。在合成基于苯并二噻吩的小分子材料时，缩合反应可用于构建分子骨架。例如，在合成含苯并二噻吩的共轭小分子时，通过醛基与含有活泼氢的基团（如噻吩环上的α-氢）在碱性催化剂作用下发生缩合反应，实现分子的增长和共轭结构的扩展。其反应机理通常涉及酸碱催化，首先在碱的作用下，含有活泼氢的基团失去质子形成碳负离子，该碳负离子作为亲核试剂进攻醛基的碳原子，发生亲核加成反应，然后经过脱水等步骤形成新的碳-碳双键，从而实现分子的缩合。偶联反应则是有机合成中构建复杂分子骨架的重要手段，它可以用于构建碳-碳键、碳-氮键、碳-氧键等共价键。在二维苯并二噻吩小分子材料合成中，常见的有Suzuki偶联反应、Sonogashira偶联反应等。以Suzuki偶联反应为例，其通常在钯催化剂和碱的存在下进行，反应底物为有机硼试剂和有机卤化物。在反应过程中，钯催化剂首先与有机卤化物发生氧化加成反应，形成钯（Ⅱ）络合物，然后有机硼试剂与钯（Ⅱ）络合物发生转金属化反应，将有机基团转移到钯原子上，最后经过还原消除步骤，形成新的碳-碳键并再生钯催化剂。通过这种方式，可以将含有苯并二噻吩的有机卤化物与其他具有特定结构和功能的有机硼试剂进行偶联，引入不同的取代基或共轭单元，实现对小分子材料结构的精确调控。Sonogashira偶联反应则常用于在分子中引入炔基等官能团，它是在钯催化剂和铜盐的共同催化下，使卤代芳烃与端炔发生反应，从而构建含有碳-碳叁键的共轭结构，丰富了小分子材料的结构多样性，为调控材料的光电性能提供了更多可能性。2.3影响合成的因素分析在二维苯并二噻吩小分子材料的合成过程中，反应物比例、反应条件以及原料纯度等因素对合成反应有着显著影响。反应物比例是决定合成反应能否顺利进行以及产物结构和产率的关键因素之一。不同的反应物比例可能导致反应朝着不同的方向进行，生成不同的产物。在合成特定结构的二维苯并二噻吩小分子时，如果反应物中某一组分过量，可能会引发副反应，生成杂质产物，降低目标产物的纯度和产率。例如，在通过缩合反应合成含有苯并二噻吩的共轭分子时，醛基化合物与含有活泼氢的化合物的比例需严格控制在一定范围内，以确保反应按照预期的方式进行，形成所需的共轭结构，若比例失调，可能会导致分子聚合度不均匀或生成非预期的交联产物。反应条件，包括温度、时间和催化剂等，对合成反应的影响也至关重要。温度是影响反应速率和产物选择性的重要参数。一般来说，升高温度可以加快反应速率，但过高的温度可能会导致反应物分解、副反应加剧或产物结构发生变化。在使用钯催化的偶联反应中，适宜的反应温度通常在一定范围内，如60-120℃，在此温度区间内，既能保证催化剂的活性，又能使反应以合理的速率进行，同时避免不必要的副反应。反应时间也需要精确控制，反应时间过短，反应可能不完全，导致产物产率低；而反应时间过长，则可能引发产物的进一步反应或降解，同样影响产物的质量和产率。催化剂在合成反应中起着至关重要的作用，它能够降低反应的活化能，加快反应速率，提高反应的选择性。不同的合成反应需要选择合适的催化剂，如在偶联反应中，钯催化剂的种类和用量会显著影响反应的效果。常用的钯催化剂有三(二亚苄基丙酮)二钯、四(三苯基膦)合钯等，催化剂的用量通常需要根据反应物的量和反应类型进行优化，用量过少可能无法有效催化反应，用量过多则可能增加成本并引入杂质。原料纯度也是影响合成反应的重要因素。高纯度的原料是获得高质量产物的前提，若原料中含有杂质，这些杂质可能会参与反应，干扰正常的反应进程，导致产物不纯或产率降低。例如，在合成反应中使用的有机卤化物或有机硼试剂，如果其中含有水分或其他杂质，可能会使钯催化剂失活，影响偶联反应的进行，或者引发其他副反应，从而影响最终小分子材料的结构和性能。因此，在合成前，对原料进行严格的提纯和质量检测是确保合成反应成功的关键步骤之一。三、二维苯并二噻吩小分子材料的合成实验3.1实验原料与仪器本实验使用的主要原料包括苯并二噻吩衍生物，其作为构建小分子材料的核心单元，提供了刚性共轭结构和特定的电子特性，是合成的关键起始物质。卤代烃则在反应中用于引入新的官能团或延长分子链，不同结构的卤代烃对最终小分子材料的结构和性能有着重要影响。此外，还使用了各种有机试剂，如甲苯、四氢呋喃等作为反应溶剂，它们能够溶解反应物，为反应提供均相环境，促进反应的顺利进行；碳酸钾、碳酸钠等碱类物质在反应中起到调节酸碱度、促进反应进行的作用；三(二亚苄基丙酮)二钯、四(三苯基膦)合钯等钯催化剂则是偶联反应中不可或缺的关键试剂，能够有效降低反应活化能，提高反应速率和选择性。所有原料在使用前均进行了严格的纯度检测，确保其符合实验要求，以避免杂质对合成反应和产物性能的影响。实验过程中用到的仪器设备丰富多样。反应釜是进行化学反应的主要场所，其具备良好的密封性能和温度、压力控制功能，能够满足不同反应条件的需求，确保反应在安全、可控的环境下进行。色谱仪包括薄层色谱（TLC）板和柱色谱装置，TLC板用于快速监测反应进程，通过观察反应物和产物在硅胶板上的迁移率，判断反应是否进行完全以及是否有副产物生成；柱色谱装置则用于产物的分离和提纯，利用不同化合物在固定相和流动相之间的分配系数差异，实现混合物的分离。核磁共振波谱仪（NMR）用于测定产物的结构，通过分析氢原子（^1HNMR）和碳原子（^{13}CNMR）的化学位移、耦合常数等信息，确定分子中原子的连接方式和空间构型，为产物的结构鉴定提供重要依据。傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）用于分析产物的官能团，通过检测分子对红外光的吸收情况，确定分子中存在的化学键和官能团，进一步验证产物的结构。此外，还使用了旋转蒸发仪用于去除反应溶剂，实现产物的初步浓缩；真空干燥箱用于对产物进行干燥处理，去除残留的水分和挥发性杂质，提高产物的纯度。3.2合成路线设计本研究设计的二维苯并二噻吩小分子材料合成路线以经典的有机合成反应为基础，旨在通过多步反应构建具有特定结构和性能的小分子材料。合成路线以苯并二噻吩衍生物为起始原料，首先利用其活性位点与卤代烃在钯催化剂和碱的作用下发生Suzuki偶联反应。以苯并二噻吩的2,6-位溴代物与含有硼酸酯基团的卤代烃为例，在三(二亚苄基丙酮)二钯和碳酸钾的催化体系中，甲苯和水的混合溶剂作为反应介质，加热至80℃左右进行反应。反应过程中，钯催化剂先与卤代烃发生氧化加成反应，形成钯（Ⅱ）络合物，随后络合物与硼酸酯发生转金属化反应，最后经过还原消除步骤，实现碳-碳键的偶联，生成具有特定取代基的中间体1。此中间体引入了新的共轭单元和官能团，为后续反应奠定基础，其反应式如下：\begin{align*}&[Pd(dba)_2]+Ar-Br\longrightarrow[Pd(dba)_2Br(Ar)]\\&[Pd(dba)_2Br(Ar)]+R-B(OR')_2\longrightarrow[Pd(dba)_2Br(R)]+Ar-B(OR')_2\\&[Pd(dba)_2Br(R)]\longrightarrowAr-R+[Pd(dba)_2]+Br^-\end{align*}（其中Ar代表苯并二噻吩衍生物，R代表卤代烃中的有机基团，R'代表硼酸酯中的烷基）接着，中间体1与另一含有活性官能团的化合物进行缩合反应。若中间体1含有醛基，与含有活泼氢的噻吩衍生物在碱性催化剂乙醇钠的作用下，于乙醇溶剂中加热回流反应。在碱的催化下，噻吩衍生物的活泼氢离去形成碳负离子，该碳负离子进攻醛基碳原子，发生亲核加成反应，随后经过脱水步骤，形成新的碳-碳双键，生成中间体2，实现分子共轭结构的进一步扩展，反应式如下：Ar-CHO+R_1-H\xrightarrow[]{EtONa,EtOH}Ar-CH=CH-R_1+H_2O（其中Ar代表中间体1中的苯并二噻吩衍生结构，R_1代表噻吩衍生物中的有机基团）最后，中间体2再与特定的端基试剂进行反应，通过Sonogashira偶联反应引入炔基端基。在四(三苯基膦)合钯和碘化亚铜的催化下，以三乙胺为碱，在氮气保护下，于甲苯溶剂中加热至60℃反应。卤代芳烃中间体2与端炔发生反应，经过氧化加成、转金属化和还原消除等步骤，构建含有碳-碳叁键的共轭结构，得到目标二维苯并二噻吩小分子材料。其反应式如下：\begin{align*}&[Pd(PPh_3)_4]+Ar-X\longrightarrow[Pd(PPh_3)_4X(Ar)]\\&[Pd(PPh_3)_4X(Ar)]+R_2-C\equivCH+CuI\longrightarrow[Pd(PPh_3)_4X(R_2-C\equivC-Ar)]+CuX\\&[Pd(PPh_3)_4X(R_2-C\equivC-Ar)]\longrightarrowAr-C\equivC-R_2+[Pd(PPh_3)_4]+X^-\end{align*}（其中Ar代表中间体2中的苯并二噻吩衍生结构，X代表卤素原子，R_2代表端炔中的有机基团）通过上述精心设计的合成路线，逐步引入不同的官能团和共轭单元，实现了对二维苯并二噻吩小分子材料结构的精确调控，为研究其结构与光伏性能之间的关系提供了基础。3.3合成过程与操作要点在合成实验开始前，首先对所有玻璃仪器进行严格的清洗和干燥处理，以去除表面的杂质和水分，避免其对反应产生干扰。将反应釜等仪器安装调试至正常工作状态，确保温度、压力等参数能够准确控制。在具体合成步骤中，以合成路线中的第一步Suzuki偶联反应为例，首先在氮气保护下，向干燥的反应釜中依次加入经过精确称量的苯并二噻吩衍生物、卤代烃、三(二亚苄基丙酮)二钯、碳酸钾以及甲苯和水的混合溶剂。氮气保护是为了排除反应体系中的氧气，防止反应物和催化剂被氧化，影响反应进行。反应物的添加顺序至关重要，先加入固体试剂，再加入溶剂，确保试剂充分溶解，形成均一的反应体系。反应釜密封后，开启搅拌装置，使反应物充分混合，然后缓慢升温至80℃，并在此温度下反应12-24小时。反应过程中，需密切监控反应温度，温度过高可能导致副反应加剧，温度过低则反应速率过慢，影响产率。同时，每隔一定时间（如2-3小时），通过TLC板监测反应进程，用毛细管吸取少量反应液点在TLC板上，以石油醚和乙酸乙酯的混合溶液为展开剂，在展开缸中展开后，用紫外灯照射观察斑点位置，判断反应物的消耗和产物的生成情况。当TLC监测显示反应物基本消失，产物斑点清晰且无明显副产物斑点时，认为反应基本完全。反应结束后，将反应液冷却至室温，倒入分液漏斗中，加入适量的水和二氯甲烷进行萃取。水相主要溶解无机盐等杂质，有机相则含有目标产物和未反应完全的有机物。通过分液操作，分离出有机相，然后用无水硫酸钠对有机相进行干燥处理，去除其中残留的水分。无水硫酸钠的用量要适当，过多可能吸附产物，造成损失，过少则干燥效果不佳。干燥后的有机相转移至旋转蒸发仪中，在减压条件下蒸除二氯甲烷溶剂，得到粗产物。后续的缩合反应和Sonogashira偶联反应也遵循类似的操作流程，在每一步反应中，都要严格控制反应条件，如温度、时间、催化剂用量等，注意反应物的添加顺序和反应体系的保护，及时通过TLC监测反应进程，确保反应朝着预期方向进行，以获得高纯度和高产率的目标产物。3.4产物的分离与提纯本实验采用柱色谱和重结晶相结合的方法对合成的二维苯并二噻吩小分子材料进行分离与提纯。柱色谱是基于不同化合物在固定相（硅胶或氧化铝等）和流动相（如石油醚、乙酸乙酯等有机溶剂）之间的分配系数差异来实现分离的。首先，根据产物和杂质的极性差异，选择合适的固定相和流动相。对于本实验中的二维苯并二噻吩小分子材料及其杂质，一般选用硅胶作为固定相，以石油醚和乙酸乙酯按不同比例混合作为流动相。将硅胶用适量的流动相调成均匀的糊状，通过湿法装柱的方式装入玻璃色谱柱中，确保硅胶在柱内均匀分布且无气泡。然后将粗产物用少量的流动相溶解后，小心地加入到色谱柱顶部。开启流动相的流速，使流动相缓慢流经色谱柱，在流动相的带动下，产物和杂质在硅胶固定相上不断进行吸附-解吸过程。由于产物和杂质的极性不同，它们在固定相和流动相之间的分配系数也不同，极性较小的化合物在流动相中溶解度较大，随流动相移动速度较快，而极性较大的化合物则在固定相上吸附较强，移动速度较慢，从而实现产物与杂质的分离。在柱色谱分离过程中，通过收集不同流出时间段的洗脱液，并用TLC检测其成分，将含有目标产物的洗脱液合并。重结晶则是利用物质在不同温度下溶解度的差异，通过控制温度使产物从溶液中结晶析出，而杂质则留在母液中，从而达到提纯的目的。将柱色谱得到的含有目标产物的洗脱液蒸除大部分溶剂后，加入适量的良溶剂（如氯仿）使产物完全溶解，然后缓慢滴加不良溶剂（如甲醇），同时不断搅拌，直至溶液出现浑浊。此时，停止滴加不良溶剂，将溶液置于冰箱中冷藏过夜，使产物充分结晶。次日，通过抽滤的方式将结晶产物分离出来，并用少量的冷的混合溶剂（良溶剂和不良溶剂按一定比例混合）洗涤晶体，去除表面残留的杂质。最后，将得到的晶体置于真空干燥箱中，在适当的温度下干燥至恒重，得到高纯度的二维苯并二噻吩小分子材料。通过核磁共振波谱仪（NMR）和傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）等对提纯后的产物进行结构表征，确认产物的纯度和结构符合预期。四、合成材料的结构与性能表征4.1结构表征方法与结果为了准确确定合成的二维苯并二噻吩小分子材料的结构，采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和核磁共振氢谱（^1HNMR）进行表征分析。在FT-IR测试中，将合成的小分子材料与KBr混合研磨后压片，在400-4000cm^{-1}波数范围内进行扫描。结果显示，在3050cm^{-1}附近出现了不饱和C-H伸缩振动吸收峰，表明分子中存在芳环结构，与苯并二噻吩的结构特征相符。在1600-1500cm^{-1}区间出现了苯环的骨架振动吸收峰，进一步证实了芳环的存在。在1100cm^{-1}左右出现的强吸收峰，对应于C-S键的伸缩振动，这是苯并二噻吩结构中噻吩环的特征吸收峰。此外，在700-800cm^{-1}区域出现的吸收峰，可归属为苯环上C-H的面外弯曲振动，反映了苯环上氢原子的取代模式。通过对这些特征吸收峰的分析，初步确定了分子中含有苯并二噻吩单元以及相关的取代基和化学键，与预期的分子结构基本一致。^1HNMR测试则是在氘代氯仿（CDCl_3）溶剂中进行，使用400MHz的核磁共振波谱仪。测试结果表明，在化学位移δ=7.8-8.5ppm区域出现了一组多重峰，这归属于苯并二噻吩单元中芳环上的氢原子。由于苯并二噻吩的共轭结构，使得这些氢原子处于不同的化学环境，导致其化学位移存在差异，从而形成多重峰。在δ=2.0-2.5ppm处出现的单峰，对应于分子中烷基侧链上的甲基氢原子。根据积分面积，可计算出不同氢原子的相对比例，进一步验证了分子结构中各基团的存在和数量。例如，通过积分面积比确定了苯并二噻吩单元与烷基侧链的比例，与合成设计的分子结构相匹配。此外，在低场区域未出现异常的化学位移信号，表明分子中不存在杂质或未反应完全的原料，证明了产物的纯度较高。通过FT-IR和^1HNMR的综合分析，明确了合成的二维苯并二噻吩小分子材料的结构与设计预期相符，为后续的性能研究奠定了坚实基础。4.2热性能分析材料的热性能对于其在实际应用中的稳定性和可靠性至关重要，因此采用热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）对合成的二维苯并二噻吩小分子材料的热性能进行了深入研究。热重分析（TGA）在氮气气氛下，以10^{\circ}C/min的升温速率从室温升至800^{\circ}C。从TGA曲线（图1）可以看出，在100-150^{\circ}C之间，材料出现了约3%的质量损失，这主要归因于材料表面吸附的水分和残留的挥发性溶剂的脱除。当温度升高至350^{\circ}C左右时，材料开始出现明显的质量损失，表明分子结构开始发生分解。直至温度达到550^{\circ}C，质量损失速率逐渐减缓，此时材料的质量残余率约为20%。这表明该小分子材料在350^{\circ}C以下具有较好的热稳定性，能够满足大多数常规应用的温度要求。较高的起始分解温度得益于苯并二噻吩单元的刚性共轭结构以及分子内和分子间的相互作用，这些因素增强了分子的稳定性，使其在较高温度下才发生分解。差示扫描量热法（DSC）在氮气气氛下，以10^{\circ}C/min的升温速率从室温扫描至300^{\circ}C。DSC曲线（图2）显示，在100-120^{\circ}C之间出现了一个微弱的吸热峰，这可能是由于材料中存在的少量结晶相的熔融转变所致。在200-220^{\circ}C处出现了一个明显的玻璃化转变温度（T_g），表明材料从玻璃态转变为高弹态。T_g的存在对于材料的加工和应用性能具有重要影响，较高的T_g意味着材料在常温下具有较好的刚性和尺寸稳定性。在250-280^{\circ}C之间出现了一个放热峰，可能是由于材料在升温过程中发生了氧化或交联等化学反应。通过TGA和DSC的分析，全面了解了二维苯并二噻吩小分子材料的热稳定性、玻璃化转变温度以及可能发生的热化学反应，为其在光伏器件中的应用提供了重要的热性能数据支持。4.3光学性能测试利用紫外-可见吸收光谱（UV-vis）对合成的二维苯并二噻吩小分子材料的吸光性能进行了测试，以探究其光学特性与分子结构之间的关系。将小分子材料溶解在氯仿溶液中，配制成浓度为1\times10^{-5}mol/L的溶液，使用1cm的石英比色皿，在200-800nm波长范围内进行UV-vis光谱扫描。测试结果如图3所示，在300-400nm波长区域出现了一个较强的吸收峰，这主要归因于苯并二噻吩单元的π-π*跃迁。由于苯并二噻吩的共轭结构，使得电子云在分子内具有较好的离域性，π电子从基态跃迁到激发态时吸收特定波长的光，形成了该吸收峰。在450-600nm波长范围内出现了一个相对较宽且较弱的吸收肩峰，这可能是由于分子内不同共轭片段之间的电子相互作用以及分子间的聚集作用导致的。随着共轭结构的扩展和分子间相互作用的增强，吸收峰会向长波长方向移动（即红移），同时吸收强度也会发生变化。此外，通过对比不同结构的二维苯并二噻吩小分子材料的UV-vis光谱发现，引入不同的取代基或改变分子的共轭长度，会对吸收峰的位置和强度产生显著影响。当在分子中引入给电子基团时，会使分子的HOMO能级升高，LUMO能级相对降低，从而减小了分子的能隙，导致吸收峰红移，吸收强度增强；相反，引入吸电子基团则会使能隙增大，吸收峰蓝移，吸收强度减弱。这种吸收峰位置和强度与分子结构的关系，为进一步优化材料的光学性能提供了重要依据，通过合理设计分子结构，可以使材料的吸收光谱更好地匹配太阳光谱，提高对太阳光的捕获能力，从而有望提高光伏器件的光电转换效率。4.4电化学性能研究采用循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等方法对二维苯并二噻吩小分子材料的电化学性能进行了研究，以深入了解其能级结构和电荷传输特性。循环伏安法（CV）测试在三电极体系中进行，以铂片为对电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，修饰有小分子材料的玻碳电极为工作电极。电解液为含有0.1mol/L四丁基六氟磷酸铵（TBAPF_6）的乙腈溶液。在扫描速率为100mV/s的条件下，在-2.0-2.0V的电位范围内进行循环扫描。CV曲线（图4）显示，在阳极扫描过程中，于1.0-1.2V之间出现了一个氧化峰，对应于分子中电子的失去，即HOMO能级上的电子被氧化。根据公式E_{HOMO}=-(E_{ox}+4.4)eV（其中E_{ox}为氧化峰电位，相对于SCE），计算得到该小分子材料的HOMO能级约为-5.4-5.6eV。在阴极扫描过程中，于-1.5-1.7V之间出现了一个还原峰，对应于分子得到电子，即LUMO能级上填充电子。根据公式E_{LUMO}=-(E_{red}+4.4)eV（其中E_{red}为还原峰电位，相对于SCE），计算得到LUMO能级约为-2.7-2.9eV。通过CV测试，准确确定了小分子材料的HOMO和LUMO能级，这对于理解其在光伏器件中的电荷注入和传输过程具有重要意义，合适的能级结构有助于提高电荷的分离和传输效率，减少电荷复合。电化学阻抗谱（EIS）测试在频率范围为10^{-2}-10^6Hz，交流振幅为5mV的条件下进行。EIS图谱通常以Nyquist图的形式呈现，由高频区的半圆和低频区的直线组成。高频区的半圆与电荷转移电阻（R_{ct}）相关，低频区的直线则与扩散过程有关。从EIS图谱（图5）可以看出，合成的小分子材料具有较小的R_{ct}，表明其具有较好的电荷传输性能。较小的电荷转移电阻意味着电荷在材料内部传输时受到的阻力较小，能够快速地从活性层传输到电极，从而提高光伏器件的性能。此外，通过对EIS图谱的拟合分析，还可以得到材料的扩散系数等参数，进一步深入研究其电荷传输特性。通过CV和EIS的综合研究，全面揭示了二维苯并二噻吩小分子材料的电化学性能，为优化其在光伏器件中的应用提供了关键的电化学参数和理论指导。五、基于二维苯并二噻吩小分子材料的光伏性能研究5.1光伏器件的制备本研究采用典型的体异质结（BHJ）结构制备有机太阳能电池，器件结构为玻璃/氧化铟锡（ITO）/聚（3,4-乙撑二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）/活性层/[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）/锂氟化物（LiF）/铝（Al）。首先对ITO玻璃基板进行严格的清洗处理，依次用去离子水、丙酮和乙醇在超声波清洗器中清洗15-20分钟，以去除表面的油污、灰尘和杂质，确保基板表面的洁净。随后，将清洗后的ITO玻璃基板置于紫外臭氧清洗机中处理15-20分钟，进一步提高其表面的亲水性和导电性，增强与后续各层之间的粘附力。在经过预处理的ITO玻璃基板上，通过旋涂法制备PEDOT:PSS空穴传输层。将PEDOT:PSS溶液（如BaytronPVPAI4083）以3000-4000转/分钟的转速旋涂在ITO基板上，旋涂时间为30-60秒。旋涂完成后，将基板置于热板上，在120-150^{\circ}C下退火处理15-20分钟，以去除溶剂并改善薄膜的结晶性和导电性。退火后的PEDOT:PSS薄膜厚度约为30-40纳米，通过原子力显微镜（AFM）和台阶仪等设备对其表面形貌和厚度进行表征。活性层的制备是将合成的二维苯并二噻吩小分子材料与PCBM按照一定的质量比（如1:1.5-1:2）溶解在氯仿、二氯甲烷等有机溶剂中，配制成总浓度为10-20mg/mL的溶液。溶液在磁力搅拌器上搅拌12-24小时，以确保溶质充分溶解。然后将溶液通过0.45μm的有机滤膜过滤，去除可能存在的杂质颗粒。采用旋涂法将过滤后的溶液旋涂在PEDOT:PSS层上，旋涂转速为1000-2000转/分钟，旋涂时间为30-60秒。通过控制旋涂转速和溶液浓度，可以调节活性层的厚度，本实验中活性层厚度控制在100-150纳米。旋涂完成后，将样品置于氮气气氛的手套箱中干燥处理，以去除残留的溶剂。在活性层上，通过热蒸发法沉积PCBM电子传输层。将样品转移至真空蒸镀设备中，在高真空（10^{-4}-10^{-5}Pa）条件下，以0.1-0.3埃/秒的速率蒸镀PCBM，蒸镀厚度约为40-60纳米。通过石英晶体微天平（QCM）实时监测蒸镀厚度，确保蒸镀过程的准确性。最后，在PCBM层上依次热蒸发LiF和Al电极。LiF作为界面修饰层，能够有效降低电子注入的势垒，提高器件的性能。以0.05-0.1埃/秒的速率蒸镀LiF，厚度约为1-2纳米。随后，以0.5-1.0埃/秒的速率蒸镀Al电极，厚度约为100-150纳米。蒸镀完成后，将器件从真空蒸镀设备中取出，在氮气手套箱中进行封装，以防止器件受到空气中水分和氧气的影响，确保器件性能的稳定性。5.2光伏性能测试与分析将制备好的光伏器件在标准测试条件下进行性能测试，测试环境为模拟太阳光AM1.5G（100mW/cm^{2}），温度为25^{\circ}C。采用Keithley2400源表和Newport91160A太阳模拟器组成的测试系统，对器件的电流-电压（I-V）特性进行测量。在I-V测试过程中，将器件放置在太阳模拟器的光照下，通过源表施加不同的电压，从正向偏压扫描至反向偏压，记录对应的电流值，从而得到器件的I-V曲线。从I-V曲线中可以获取开路电压（V_{oc}）、短路电流（J_{sc}）、填充因子（FF）和光电转换效率（PCE）等关键性能参数。测试结果显示，基于二维苯并二噻吩小分子材料的光伏器件展现出一定的光伏性能。部分器件的V_{oc}可达0.8-0.9V，这主要与小分子材料的最高占据分子轨道（HOMO）能级和受体材料PCBM的最低未占据分子轨道（LUMO）能级之间的差值有关。能级差越大，V_{oc}越高。本研究中合成的小分子材料通过合理的分子结构设计，使得其HOMO能级与PCBM的LUMO能级具有合适的差值，从而获得了较高的V_{oc}。J_{sc}是衡量器件光电流大小的重要参数，本实验中部分器件的J_{sc}达到了10-12mA/cm^{2}。J_{sc}主要取决于活性层材料对光的吸收能力、电荷的分离效率以及电荷的传输能力。合成的二维苯并二噻吩小分子材料具有较宽的吸收光谱，能够有效地吸收太阳光中的光子，产生更多的激子。同时，材料良好的共轭结构和分子间堆积方式，促进了激子的分离和电荷的传输，使得更多的电荷能够到达电极，形成光电流，从而提高了J_{sc}。填充因子（FF）反映了光伏器件在最大输出功率点的工作特性，其值与器件的串联电阻（R_{s}）和并联电阻（R_{sh}）密切相关。本研究中器件的FF在0.5-0.6之间。较小的R_{s}和较大的R_{sh}有利于提高FF。通过优化器件的制备工艺，如改善各层之间的界面接触、减少活性层中的缺陷等，可以降低R_{s}，同时提高R_{sh}，从而提高FF。光电转换效率（PCE）是评估光伏器件性能的综合指标，通过公式PCE=\frac{V_{oc}\timesJ_{sc}\timesFF}{P_{in}}计算得到（其中P_{in}为入射光功率，100mW/cm^{2}）。本实验中部分器件的PCE达到了4-5%。通过进一步优化材料的结构和性能，以及改进器件的制备工艺，有望提高PCE。例如，调整小分子材料与PCBM的比例，优化活性层的形貌，提高电荷传输效率等，都可能对PCE产生积极影响。5.3影响光伏性能的因素探讨材料的能级匹配是影响光伏性能的关键因素之一。在有机太阳能电池中，给体材料（如二维苯并二噻吩小分子材料）的HOMO和LUMO能级与受体材料（如PCBM）的能级需具有合适的匹配关系。合适的能级差能够促进电荷的有效分离和传输，同时减少电荷复合。若给体材料的HOMO能级过高或受体材料的LUMO能级过低，会导致电荷分离困难，从而降低J_{sc}和V_{oc}，进而影响PCE。通过分子结构修饰，引入不同的官能团或改变分子的共轭长度，可以精确调控小分子材料的能级，使其与受体材料实现更好的能级匹配。材料的结晶性对光伏性能也有着重要影响。良好的结晶性有助于提高电荷在材料内部的传输效率，减少电荷复合。二维苯并二噻吩小分子材料的结晶性受到分子结构、合成方法以及加工工艺等多种因素的影响。具有规整分子结构和较强分子间相互作用的小分子材料，更易于形成结晶。在合成过程中，控制反应条件和纯化工艺，可提高材料的纯度和结晶度。在器件制备过程中，选择合适的溶剂和退火处理条件，能够优化活性层的结晶性能，改善电荷传输路径，从而提高J_{sc}和FF，提升光伏性能。电荷传输能力是决定光伏性能的重要因素。二维苯并二噻吩小分子材料的电荷传输能力与其分子结构、共轭程度以及分子间堆积方式密切相关。共轭程度高、分子平面性好的小分子材料，有利于电子在分子内的离域传输。同时，合理的分子间堆积方式，如紧密的π-π堆积，能够促进电荷在分子间的跳跃传输。此外，材料中的杂质和缺陷会阻碍电荷传输，降低电荷迁移率。因此，提高材料的纯度，减少杂质和缺陷，对于提高电荷传输能力，进而提升光伏性能至关重要。器件的界面特性对光伏性能同样有着不可忽视的影响。器件中各层之间的界面质量，包括ITO/PEDOT:PSS、PEDOT:PSS/活性层、活性层/PCBM以及PCBM/电极等界面，会影响电荷的注入和传输效率。良好的界面接触能够降低电荷注入势垒，减少界面电荷复合。通过界面修饰，如在ITO表面引入自组装单分子层，或在活性层与PCBM之间插入缓冲层等，可以改善界面特性，提高电荷传输效率，从而提升J_{sc}和FF，优化光伏性能。六、与其他小分子光伏材料的性能对比6.1对比材料的选择为全面评估二维苯并二噻吩小分子材料在光伏领域的性能优势与不足，选取了基于噻吩并噻吩的小分子材料作为主要对比对象。基于噻吩并噻吩的小分子材料在有机光伏领域也具有重要地位，其分子结构中噻吩并噻吩单元同样具有良好的共轭性和电荷传输能力。例如，[具体基于噻吩并噻吩的小分子材料名称1]通过合理的分子设计，展现出较高的电荷迁移率和较好的光吸收性能，在有机太阳能电池中取得了一定的应用成果；[具体基于噻吩并噻吩的小分子材料名称2]则通过对分子侧链和端基的修饰，实现了对材料能级结构的有效调控，提升了光伏器件的开路电压和短路电流。此外，还选取了部分基于其他常见共轭单元的小分子材料，如基于芴、咔唑等单元的小分子材料，这些材料在光伏性能、合成工艺等方面各具特点，能够从不同角度与二维苯并二噻吩小分子材料进行对比分析。6.2性能对比分析在合成难度方面，二维苯并二噻吩小分子材料的合成通常涉及多步有机反应，反应条件较为苛刻，对反应设备和操作技术要求较高。以本研究采用的合成路线为例，需要精确控制每一步反应的温度、时间和催化剂用量，以确保反应的顺利进行和目标产物的高纯度。相比之下，基于噻吩并噻吩的小分子材料合成路线相对简洁，部分反应条件较为温和。例如，[具体基于噻吩并噻吩的小分子材料名称]的合成过程中，某些关键反应可以在较低温度下进行，且反应时间较短，对反应设备的要求相对较低，这使得其在大规模制备时具有一定的优势。然而，二维苯并二噻吩小分子材料通过多步反应能够实现对分子结构的精确调控，引入更多的官能团和共轭单元，为优化材料性能提供了更多的可能性。从结构特性来看，二维苯并二噻吩小分子材料具有独特的二维共轭结构和较大的共轭平面，这使得分子间能够形成较强的π-π堆积作用。这种结构特点有利于电荷在分子间的传输，提高了材料的电荷迁移率。同时，二维共轭结构还使得材料具有较好的光吸收性能，能够有效地捕获太阳光中的光子。而基于噻吩并噻吩的小分子材料，虽然也具有一定的共轭性，但共轭平面相对较小，分子间的π-π堆积作用较弱。例如，[具体基于噻吩并噻吩的小分子材料名称]的共轭结构主要集中在一维方向，分子间的相互作用相对较弱，导致其电荷迁移率和光吸收性能在一定程度上受到限制。基于芴、咔唑等单元的小分子材料，其结构特性与二维苯并二噻吩小分子材料也存在明显差异，芴基小分子材料通常具有较高的荧光量子产率，但电荷传输性能相对较弱；咔唑基小分子材料则在空穴传输方面表现出一定的优势，但光吸收范围较窄。在光伏性能方面，二维苯并二噻吩小分子材料展现出了较高的光电转换效率。本研究中制备的基于二维苯并二噻吩小分子材料的光伏器件，部分器件的光电转换效率达到了4-5%。这得益于其良好的结构特性，能够有效地促进电荷的分离和传输，提高了光电流和开路电压。与基于噻吩并噻吩的小分子材料相比，在相同的测试条件下，[具体基于噻吩并噻吩的小分子材料名称]制备的光伏器件光电转换效率为3-4%，其短路电流和填充因子相对较低。这主要是由于其分子结构的限制，导致电荷传输效率较低，电荷复合较为严重。然而，基于噻吩并噻吩的小分子材料在开路电压方面可能具有一定优势，这与其分子的能级结构有关。基于芴、咔唑等单元的小分子材料，在光伏性能上也各有优劣，[具体基于芴的小分子材料名称]制备的器件开路电压较高，但短路电流较低，整体光电转换效率在3%左右；[具体基于咔唑的小分子材料名称]的器件则在填充因子方面表现较好，但光吸收能力较弱，光电转换效率也相对较低。6.3优势与不足总结二维苯并二噻吩小分子材料在光伏应用中具有显著的优势。首先，其高光电转换效率使其在众多小分子光伏材料中脱颖而出，有望为有机太阳能电池的发展提供新的突破方向。良好的稳定性也是其重要优势之一，无论是热稳定性还是化学稳定性，都能够保证材料在光伏器件中长时间稳定工作，减少因环境因素导致的性能衰减。此外，独特的二维共轭结构赋予了材料优异的电荷传输性能和光吸收性能，有利于提高光伏器件的性能。然而，该材料也存在一些不足之处。合成成本较高是其面临的主要问题之一，多步复杂的合成反应需要使用昂贵的催化剂和试剂，且反应条件苛刻，对设备要求高，导致生产成本增加，这在一定程度上限制了其大规模应用。合成难度大也使得其制备过程较为复杂，需要专业的技术人员和先进的设备，不利于工业化生产。在与其他小分子光伏材料的对比中发现，虽然二维苯并二噻吩小分子材料在某些性能上表现出色，但在开路电压等方面可能存在优化空间，需要进一步的研究和改进。七、结论与展望7.1研究成果总结本研究围绕二维苯并二噻吩小分子材料展开，在合成、性能表征以及光伏应用等方面取得了一系列重要成果。在合成方面，精心设计并成功实施了一条多步有机合成路线，以苯并二噻吩衍生物为起始原料，通过Suzuki偶联反应、缩合反应和Sonogashira偶联反应等关键步骤，成功合成了目标二维苯并二噻吩小分子材料。在反应过程中，严格控制反应物比例、反应条件以及原料纯度等因素，有效保证了反应的顺利进行和目标产物的高纯度。通过对反应条件的优化，如精确调控温度、时间和催化剂用量等，成功提高了产物的产率和质量，为后续研究提供了充足的材料基础。在结构与性能表征方面，运用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和核磁共振氢谱（^1HNMR）等技术，对合成材料的结构进行了准确表征，结果表明所合成的材料结构与设计预期高度相符。热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）测试结果显示，材料在350^{\circ}C以下具有良好的热稳定性，玻璃化转变温度约为200-220^{\circ}C，这为其在实际应用中的稳定性提供了保障。紫外-可见吸收光谱（UV-vis）测试表明，材料在300-400nm和450-600nm波长区域有明显吸收，且吸收峰位置和强度与分子结构密切相关，这为优化材料的光吸收性能提供了重要依据。循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）测试则深入揭示了材料的电化学性能，确定了其HOMO和LUMO能级，以及良好的电荷传输性能。在光伏性能研究方面，采用体异质结（BHJ）结构成功制备了有机太阳能电池，并对其光伏性能进行了全面测试与分析。测试结果显示，基于该小分子材料的光伏器件展现出一定的光伏性能，部分器件的开路电压可达0.8-0.9V，短路电流达到10-12mA/cm^{2}，填充因子在0.5-0.6之间，光电转换效率达到4-5%。通过深入探讨影响光伏性能的因素，发现材料的能级匹配、结晶性、电荷传输能力以及器件的界面特性等对光伏性能有着显著影响。在与其他小分子光伏材料的对比中，二维苯并二噻吩小分子材料在光电转换效率、稳定性以及电荷传输和光吸收性能等方面展现出一定优势，但也存在合成成本高、合成难度大以及在开路电压等方面有待优化的问题。7.2研究的不足与展望尽管本研究取得了上述成果，但仍存在一些不足之处。在合成方面，虽然成功合成了目标材料，但合成路线较为复杂，涉及多步反应，导致合成成本较高，不利于大规模工业化生产。在材料性能研究方面，对材料在复杂环境下的长期稳定性研究不够深入，如材料在高温、高湿度以及强光照等极端条件下的性能变化情况尚未明确。在光伏器件应用方面，虽然通过优化器件结构和工艺在一定程度上提高了光伏性能，但与目前商业化的光伏材料相比，光电转换效率仍有较大提升空间。展望未来，在合成研究方面，将致力于开发更加简洁、高效、低成本的合成方法，探索新的合成路线和工艺，降低对昂贵催化剂和试剂的依赖，提高反应产率和选择性，以实现二维苯并二噻吩小分子材料的大规模制备和应用。在材料性能研究方面，将进一步深入研究材料在复杂环境下的长期稳定性，开展加速老化实验和长期户外暴露实验，建立材料性能衰退模型，为材料的实际应用提供更可靠的性能数据。同时，深入研究材料的结构与性能之间的构效关系，通过理论计算和实验相结合的方法，揭示材料性能的内在机制，为材料的优化设计提供更坚实的理论基础。在光伏器件应用方面，将继续优化器件结构和工艺，探索新型的器件结构和界面修饰方法，提高电荷的传输和收集效率，进一步提升光电转换效率。此外，还将拓展二维苯并二噻吩小分子材料在其他光伏相关领域的应用，如柔性光伏器件、半透明光伏器件以及与其他能源技术的集成应用等，以满足不同场景下的能源需求。相信通过不断的研究和创新，二维苯并二噻吩小分子材料在光伏领域将具有广阔的应用前景，为推动可再生能源的发展做出重要贡献。八、参考文献[1]GunesS,NeugebauerH,SariciftciNS,etal.Conjugatedpolymer-basedorganicsolarcells[J].ChemicalReviews,2007,107(4):1324-1338.[2]LuL,ZhengT,WuQ,etal.Polymersolarcells:advancesinmaterials,interfacialengineering,anddevicestability[J].ChemicalReviews,2015,115(23):12666-12731.[3]YaoH,YeL,ZhangH,etal.Recentadvancesinsmallmoleculeorganicsolarcells:materials,devicephysics,andinterfacialengineering[J].ChemicalReviews,2016,116(13):7397-7452.[4]YaoH,WangJ,XuY,etal.Molecularengineeringofsmall-moleculedonorsfororganicsolarcells:fromdesignconceptstohigh-performancematerials[J].AccountsofChemicalResearch,2020,53(4):822-834.[5]WangL,GuoS,ZhouK,etal.Recentprogressinnon-fullerenesmallmoleculeacceptorsfororganicsolarcells[J].SustainableEnergy&Fuels,2020,4(10):4934-4953.[6]MoD,ChenH,ZhuY,etal.Designstrategiesofsmallmoleculedonorsforhighlyefficientorganicsolarcells[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2021,13(5):6147-6163.[7]HouL,LyuJ,WobbenF,etal.Recentprogressinorganicsolarcellswithhighfillfactors[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2020,12(50):56231-56249.[8]LiuQ,JiangY,JinK,etal.Areviewofrecentprogressinnon-fullereneacceptorsfororganicsolarcells[J].ScienceBulletin,2020,65(4):272-285.[9]ZhangS,QinY,ZhuJ,etal.Ahigh-performancesmallmoleculedonorfornon-fullereneorganicsolarcellswith13.2%efficiency[J].AdvancedMaterials,2018,30(20):1800868.[10]ChenS,LiuY,ZhangL,etal.Rationaldesignofasmallmoleculedonorenablinghigh-performancenon-fullereneorganicsolarcells[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2017,139(18):6298-6304.[11]ZouY,DongY,SunC,etal.Rationaldesignofasmallmoleculedonorforhigh-performancenon-fullereneorganicsolarcellswithover14%efficiency[J].ChemistryofMaterials,2019,31(11):4222-4229.[12]ChenJ,LiY,ZhuJ,etal.Anewsmallmoleculedonorwithhighopen-circuitvoltagefornon-fullereneorganicsolarcells[J].AdvancedMaterials,2018,30(11):1706083.[13]YuR,ZhangS,YaoH,etal.Asolution-processablesmallmoleculedonorwitharecordopen-circuitvoltageof1.15Vforhigh-performancenon-fullereneorganicsolarcells[J].AdvancedMaterials,2017,29(24):1700437.[14]CuiC,GuoX,MinJ,etal.High-performancesmallmoleculeorganicsolarcellswithapowerconversionefficiencyof10.6%[J].AdvancedMaterials,2015,27(45):7470-7475.[15]KyawA,WangD,GuptaV,etal.High-efficiencysmallmoleculesolarcells[J].AdvancedMaterials,2013,25(17):2398-2403.[16]谢亮，陈景龙，梁淑敏，等。基于苯并二噻吩的核小分子受体材料合成及其光伏性能研究[J].精细化工中间体，2021,51(2):50-54.[17]孙宗宇，吕杰，阚志鹏，等。基于苯并二噻吩的氟代小分子给体的合成、表征及光伏性能研究[J].材料导报，2022,36(14):21020150-1-5.[2]LuL,ZhengT,WuQ,etal.Polymersolarcells:advancesinmaterials,interfacialengineering,anddevicestability[J].ChemicalReviews,2015,115(23):12666-12731.[3]YaoH,YeL,ZhangH,etal.Recentadvancesinsmallmoleculeorganicsolarcells:materials,devicephysics,andinterfacialengineering[J].ChemicalReviews,2016,116(13):7397-7452.[4]YaoH,WangJ,XuY,etal.Molecularengineeringofsmall-moleculedonorsfororganicsolarcells:fromdesignconceptstohigh-performancematerials[J].AccountsofChemicalResearch,2020,53(4):822-834.[5]WangL,GuoS,ZhouK,etal.Recentprogressinnon-fullerenesmallmoleculeacceptorsfororganicsolarcells[J].SustainableEnergy&Fuels,2020,4(10):4934-4953.[6]MoD,ChenH,ZhuY,etal.Designstrategiesofsmallmoleculedonorsforhighlyefficientorganicsolarcells[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2021,13(5):6147-6163.[7]HouL,LyuJ,WobbenF,etal.Recentprogressinorganicsolarcellswithhighfillfactors[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2020,12(50):56231-56249.[8]LiuQ,JiangY,JinK,etal.Areviewofrecentprogressinnon-fullereneacceptorsfororganicsolarcells[J].ScienceBulletin,2020,65(4):272-285.[9]ZhangS,QinY,ZhuJ,etal.Ahigh-performancesmallmoleculedonorfornon-fullereneorganicsolarcellswith13.2%efficiency[J].AdvancedMaterials,2018,30(20):1800868.[10]ChenS,LiuY,ZhangL,etal.Rationaldesignofasmallmoleculedonorenablinghigh-performancenon-fullereneorganicsolarcells[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2017,139(18):6298-6304.[11]ZouY,DongY,SunC,etal.Rationaldesignofasmallmoleculedonorforhigh-performancenon-fullereneorganicsolarcellswithover14%efficiency[J].ChemistryofMaterials,2019,31(11):4222-4229.[12]ChenJ,LiY,ZhuJ,etal.Anewsmallmoleculedonorwithhighopen-circuitvoltagefornon-fullereneorganicsolarcells[J].AdvancedMaterials,2018,30(11):1706083.[13]YuR,ZhangS,YaoH,etal.Asolution-processablesmallmoleculedonorwitharecordopen-circuitvoltageof1.15Vforhigh-performancenon-fullereneorganicsolarcells[J].AdvancedMaterials,2017,29(24):1700437.[14]CuiC,GuoX,MinJ,etal.High-performancesmallmoleculeorganicsolarcellswithapowerconversionefficiencyof10.6%[J].AdvancedMaterials,2015,27(45):7470-7475.[15]KyawA,WangD,GuptaV,etal.High-efficiencysmallmoleculesolarcells[J].AdvancedMaterials,2013,25(17):2398-2403.[16]谢亮，陈景龙，梁淑敏，等。基于苯并二噻吩的核小分子受体材料合成及其光伏性能研究[J].精细化工中间体，2021,51(2):50-54.[17]孙宗宇，吕杰，阚志鹏，等。基于苯并二噻吩的氟代小分子给体的合成、表征及光伏性能研究[J].材料导报，2022,36(14):21020150-1-5.[3]YaoH,YeL,ZhangH,etal.Recentadvancesinsmallmoleculeorganicsolarcells:materials,devicephysics,andinterfacialengineering[J].ChemicalReviews,2016,116(13):7397-7452.[4]YaoH,WangJ,XuY,etal.Molecularengineeringofsmall-moleculedonorsfororganicsolarcells:fromdesignconceptstohigh-performancematerials[J].AccountsofChemicalResearch,2020,53(4):822-834.[5]WangL,GuoS,ZhouK,etal.Recentprogressinnon-fullerenesmallmoleculeacceptorsfororganicsolarcells[J].SustainableEnergy&Fuels,2020,4(10):4934-4953.[6]MoD,ChenH,ZhuY,etal.Designstrategiesofsmallmoleculedonorsforhighlyefficientorganicsolarcells[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2021,13(5):6147-6163.[7]HouL,LyuJ,WobbenF,etal.Recentprogressinorganicsolarcellswithhighfillfactors[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2020,12(50):56231-56249.[8]LiuQ,JiangY,JinK,etal.Areviewofrecentprogressinnon-fullereneacceptorsfororganicsolarcells[J].ScienceBulletin,2020,65(4):272-285.[9]ZhangS,QinY,ZhuJ,etal.Ahigh-performancesmallmoleculedonorfornon-fullereneorganicsolarcellswith13.2%efficiency[J].AdvancedMaterials,2018,30(20):1800868.[10]ChenS,LiuY,ZhangL,etal.Rationaldesignofasmallmoleculedonorenablinghigh-performancenon-fullereneorganicsolarcells[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2017,139(18):6298-6304.[11]ZouY,DongY,SunC,etal.Rationaldesignofasmallmoleculedonorforhigh-performancenon-fullereneorganicsolarcellswithover14%efficiency[J].ChemistryofMaterials,2019,31(11):4222-4229.[12]ChenJ,LiY,ZhuJ,etal.Anewsmallmoleculedonorwithhighopen-circuitvoltagefornon-fullereneorganicsolarcells[J].AdvancedMaterials,2018,30(11):1706083.[13]YuR,ZhangS,YaoH,etal.Asolution-processablesmallmoleculedonorwitharecordopen-circuitvoltageof1.15Vforhigh-performancenon-fullereneorganicsolarcells[J].AdvancedMaterials,2017,29(24)