新型给受体材料的设计合成及其在有机太阳能电池中的应用研究

【摘要】：开发具有优异性能的有机太阳能电池给受体材料，对于实现获取新能源、特别是清洁能源技术有重要的意义，而该领域也是有机光电功能材料领域研究的热点和难点问题。目前有机太阳能电池常用的给受体材料还存在着能隙较宽，光谱吸收范围较窄等问题，解决这些问题可以通过制备结构新颖的给受体材料、优化器件结构等途径来解决。 本文从给体方面，主要对聚3-己基噻吩（P3HT）的结构引入苯并噻二唑基团和3-己基噻吩支链，构建支链噻吩-苯噻唑结构单元的D-A受体聚合物，通过加强噻吩-苯噻唑给受单元之间的分子内电荷转移作用（ICT），以及3-己基噻吩支链与主链之间的共轭作用，来降低给体聚合物的能隙；从受体方面，构建了以萘酰亚胺为臂，拉电子基团为核的分子结构，通过ICT作用获得具有良好溶剂加工性能和宽光谱响应范围的非富勒烯小分子受体材料。新型给受体材料均通过NMR、MALDI-TOF-MS、紫外吸收光谱（UV-vis）、荧光光谱（PL）、电化学（CV）、热重（TGA）、差示扫描量热（DSC）、凝胶渗透色谱（GPC）等表征手段进行了化学结构、光学、热力学等方面性能的全面研究。 研究表明本论文合成的支链D-A给受体聚合物具有窄带隙，光谱吸收范围宽等特点，聚合物P3能隙降低至1.75eV，其光谱吸收范围达到了700nm以上；本文合成的非富勒烯小分子受体材料具有良好的溶解性以及较宽的光谱吸收范围，均可溶于甲苯、四氢呋喃、二氯甲烷等常用溶剂，光谱吸收范围突破了700nm。 【关键词】：有机太阳能电池 支链D-A共轭给体聚合物 非富勒烯小分子受体化合物 窄带隙 溶液加工
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 专用术语注释表8-9
• 第一章 有机太阳能电池给受体材料的研究进展9-23
• 1.1 引言9-10
• 1.2 有机太阳能电池10
• 1.3 异质结有机太阳能电池器件基本原理10-13
• 1.4 有机太阳能电池给体材料13-17
• 1.4.1 聚苯乙烯（PPV）类给体聚合物13-14
• 1.4.2 聚噻吩（PT）类给体聚合物14
• 1.4.3 基于苯并噻二唑基团的给体聚合物14-15
• 1.4.4 基于酰亚胺基团的给体聚合物15-17
• 1.5 有机太阳能电池受体材料17-23
• 1.5.1 富勒烯及其衍生物17
• 1.5.2 非富勒烯小分子受体材料17-23
• 第二章 相关背景知识介绍23-25
• 2.1 有机太阳能电池材料研究背景23
• 2.2 本文的设计思路23-24
• 2.3 本文的创新点24-25
• 第三章 支链噻吩-苯并噻二唑 D-A 共轭聚合物的合成以及性能研究25-46
• 3.1 设计思路25
• 3.2 实验部分25-36
• 3.2.1 主要试剂和来源25-26
• 3.2.2 分析测试与仪器26-27
• 3.2.3 合成路线及实验过程27-36
• 3.3 结果与讨论36-44
• 3.3.1 实验结果表征36-38
• 3.3.2 热力学性质38-39
• 3.3.3 分子模拟39-41
• 3.3.4 光物理性质41-43
• 3.3.5 电化学性质43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 吸电子基团对萘酰亚胺类小分子受体材料性能的影响研究46-63
• 4.1 设计思路46-47
• 4.2 实验部分47-54
• 4.2.1 主要试剂和来源47
• 4.2.2 分析测试与仪器47-48
• 4.2.3 合成路线及实验过程48-54
• 4.3 结果与讨论54-61
• 4.3.1 结构与表征54-58
• 4.3.2 热力学性质58-59
• 4.3.3 光物理性质59-60
• 4.3.4 电化学性质60-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章 萘酰亚胺-芘结构小分子受体的 OPV 器件性能研究63-70
• 5.1 设计思路63-64
• 5.2 实验部分64-65
• 5.2.1 器件制备方法64-65
• 5.2.2 J-V 曲线测试方法65
• 5.3 结果与讨论65-69
• 5.3.1 材料 M1 光物理性质65-66
• 5.3.2 材料 M1 电化学性质66-67
• 5.3.3 材料 M1 的 OPV 器件性能67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 参考文献72-76
• 附录1 攻读硕士学位期间申请的专利76-77
• 附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文77-78
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目78-79
• 致谢79

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