A-D-A型有机小分子光伏材料的制备及性质研究

【摘要】：小分子溶液过程体异质结(BHJ)有机太阳能电池以其轻便灵活、工艺简单、材料多样,可大规模生产等特点受到广泛的关注。为了加快有机光伏材料商业化的进程,开发新型高效的有机小分子光伏材料成为当前研究的热点。 为了研究不同功能基团的引入对材料光电性能的影响,本论文以吡咯并吡咯二酮(DPP)、苯并噻二唑(BT)及硝基为吸电子单元,以咔唑、二苯胺、吩噻嗪及芴为给电子单元,以碳碳单键和碳碳三键为桥键将两者相连,成功设计并合成出了一系列A-D-A型有机小分子光伏材料：CZ(TDPP)2、DPA(TDPP)2、PTZ(TDPP)2、FL(TDPP)2、 LCZ(TDPP)2、CZ(TBT)2、CZ(NCT)2CZ(ETDPP)2及DPA(ETDPP)2。并对其进行了密度泛函(Density Functional Theory, DFT)理论计算、紫外一可见吸收光谱、荧光淬灭测试及循环伏安等一系列测试,同时以新合成的材料为绐体,以PC61BM为受体,制备了溶液过程的体异质结有机光伏器件,并对器件性能进行了检测。 测试结果表明：1)不同的给电子单元体系中CZ(TDPP)2具有更好的平面结构和更好的共轭性,从而获得最高的光电转化效率。2)不同的吸电子单元体系中DPP基团的引入可使材料对太阳光的吸收可覆盖整个紫外-可见光谱。3)碳-碳三键的引入有效的降低了材料的HOMO能级从而极大地提高了单电池的开路电压。 【关键词】：小分子 有机太阳能电池 A-D-A结构 吡咯并吡咯二酮
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O621.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 太阳能的利用及太阳能电池的发展8
• 1.2 太阳能电池的分类8-9
• 1.3 有机太阳能电池的工作原理9-11
• 1.4 有机太阳能电池活性材料11-14
• 1.4.1 有机太阳能电池材料性能的影响因素11-12
• 1.4.2 有机太阳能电池材料的设计12-14
• 1.5 D-A结构的小分子光伏給体材料14-18
• 1.5.1 低聚噻吩类D-A小分子给体材料14-15
• 1.5.2 三苯胺类D-A小分子给体材料15-16
• 1.5.3 吡咯并吡咯二酮类D-A小分子给体材料16-17
• 1.5.4 苯并噻二唑类D-A小分子給体材料17-18
• 1.6 设计思路18-20
• 2 实验部分20-38
• 2.1 实验仪器与药品20-22
• 2.1.1 试剂与原料20-21
• 2.1.2 实验仪器21-22
• 2.2 原料的预处理22
• 2.2.1 四氢呋喃(THF)的精制22
• 2.2.2 甲苯的精制22
• 2.3 有机小分子光伏材料的合成22-37
• 2.3.1 吸电子单元的合成22-26
• 2.3.2 供电子单元的合成26-33
• 2.3.3 A-D-A型有机目标分子的合成33-37
• 2.4 体异质结有机太阳能电池的制作与表征37-38
• 3 结果与讨论38-53
• 3.1 中间donor单元对太阳能电池材料光电性能影响的研究38-43
• 3.1.1 理论计算38-39
• 3.1.2 紫外可见吸收39-40
• 3.1.3 循环伏安测试40-41
• 3.1.4 荧光淬灭实验41-42
• 3.1.5 器件测试42-43
• 3.2 两端acceptor单元对太阳能电池材料光电性能影响的研究43-47
• 3.2.1 理论计算43-44
• 3.2.2 紫外可见吸收44-45
• 3.2.3 循环伏安测试45-47
• 3.3 桥键对材料光电性能的影响47-53
• 3.3.1 理论计算47-48
• 3.3.2 紫外可见吸收48-49
• 3.3.3 循环伏安测试49-50
• 3.3.4 荧光淬灭实验50-51
• 3.3.5 器件测试51-53
• 结论53-54
• 参考文献54-60
• 附录A 目标分子的NMR谱图60-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

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