D-A-D型有机小分子光伏材料的合成与性质

【摘要】：溶液过程体异质结有机太阳能电池由于生产成本低廉、制作方法简单、可大规模生产而受到广泛关注。在有机光伏材料选择中,尽管聚合物取得了较高的光电转化效率,但是有机小分子材料具有结构单一、重复性好、易于提纯等优势,成为研究的热点。同时,给电子基团-吸电子基团(D-A)共轭结构有机材料备受瞩目,因为这种结构不但能够减小分子的禁带宽度从而扩大分子吸收范围,并且还可探索不同官能基团对材料性质的影响。 本论文选取苯并噻二唑和吡咯并吡咯二酮作为吸电子基团,三苯胺和N,N-二甲基苯胺作为给电子基团,同时通过连接脂肪族侧链增加分子溶解性,而且将氰基引入到共轭桥键上,设计并合成了一系列D-A-D型有机小分子太阳能电池光伏材料。为了从分子层面了解化合物的性质,设计的分子均采用密度泛函理论计算其基态几何结构。紫外-可见吸收光谱和循环伏安测试也应用于合成的分子上,从而掌握分子的光物理和电化学的性质。此外,新材料与PC61BM进行荧光淬灭实验以检测二者光诱导电荷跃迁的速率。将合成的物质作为给体材料、PC61BM作为受体材料制作溶液过程有机小分子太阳能电池,并测试光伏器件的性能。 根据测试及表征结果,本文讨论了三苯胺和N,N-二甲基苯胺对分子光伏性能的影响,比较了苯并噻二唑和吡咯并吡咯二酮基团的吸电子性差异,分析了脂肪族侧链对分子平面性的影响,评价了氰基基团稳定分子能级的能力。本项研究分别对给电子/吸电子基团、脂肪族侧链、桥键修饰与有机小分子光伏材料性质的关系进行了探索,对日后光伏材料的设计具有较大的参考价值。 【关键词】：苯并噻二唑 吡咯并吡咯二酮 三苯胺 有机光伏材料 有机小分子太阳能电池
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-28
• 1.1 有机小分子太阳能电池8-14
• 1.1.1 太阳能的利用8-9
• 1.1.2 太阳能电池的发展9-10
• 1.1.3 太阳能电池的分类10
• 1.1.4 有机太阳能电池的结构、工作原理及制作方法10-12
• 1.1.5 有机太阳能电池性能的表征12-13
• 1.1.6 有机太阳能电池受体材料13-14
• 1.2 有机光伏给体材料的设计原则14-17
• 1.2.1 有机光伏给体材料的设计目标14-15
• 1.2.2 有机光伏给体材料的设计策略15-17
• 1.3 溶液过程有机小分子给体材料17-26
• 1.3.1 有机聚合物给体材料17-19
• 1.3.2 寡聚噻吩类有机小分子给体材料19-21
• 1.3.3 三苯胺为中心的星型有机小分子给体材料21-22
• 1.3.4 苯并噻二唑为吸电子单元的有机小分子给体材料22-24
• 1.3.5 吡咯并吡咯二酮类有机小分子给体材料24-26
• 1.4 选题思路26-28
• 2 实验部分28-42
• 2.1 仪器与药品28-31
• 2.1.1 试剂与原料28-29
• 2.1.2 分离方法29-30
• 2.1.3 实验仪器30-31
• 2.2 原料的预处理31-32
• 2.2.1 干燥用分子筛的处理31
• 2.2.2 四氢呋喃的精制31
• 2.2.3 甲苯的精制31-32
• 2.3 有机小分子光伏材料的合成32-41
• 2.3.1 苯并噻二唑为中心的吸电子单元的合成32-35
• 2.3.2 吡咯并吡咯二酮为中心的吸电子单元的合成35-36
• 2.3.3 芳香胺类给电子单元的合成36-38
• 2.3.4 D-A-D型小分子有机光电材料的合成38-41
• 2.4 光伏器件的制作与表征41-42
• 3 结果与讨论42-55
• 3.1 合成与表征42
• 3.2 理论计算42-44
• 3.3 光学性质44-47
• 3.4 电化学性质47-50
• 3.5 荧光淬灭50-52
• 3.6 器件测试52-55
• 结论55-56
• 参考文献56-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

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