酞菁酰亚胺和亚酞菁酰亚胺类电子受体的设计、合成及光伏应用
发布时间：2021-11-25 22:49
亚酞菁（SubPc）,酞菁（Pc）作为一类优良的有机半导体材料,具有摩尔消光系数高、化学稳定性好等优点。但是由于溶解性差,合成修饰困难,能级过高等缺点导致在太阳能电池领域应用较少。本研究设计合成了一系列新型亚酞菁和酞菁类电子受体材料,并将其应用到体相异质结有机太阳能电池。具体研究包括以下两部分:1.基于亚酞菁类有机半导体的设计、合成及光伏应用。本研究从商品化的邻二甲苯出发,通过多步反应合成了九个具有不同烷基链取代以及轴向硼原子取代的亚酞菁三酰亚胺化合物。这些化合物具有较低的最低未占有轨道（LUMO）能级（-3.91～-3.98 eV）,450-650 nm处具有较强的吸收,溶解性可调等优点,有望成为一类优秀的有机电子受体。化合物8c与PM6制备有机太阳能电池,其光电转化效率为4.92%。2.基于酞菁类有机半导体的设计、合成及应用。本研究从商品化的邻二甲苯出发,通过多步反应（三种方法）合成了一系列具有疏水基团的酞菁四酰亚胺化合物。我们研究了它们的吸收、荧光、电化学、稳定性、电荷迁移率以及几何形状。这些平面化合物是一类优秀的可溶液处理的受体材料,具有在500-850 nm处具有较强的吸收,...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２铜酞菁与苯并咪唑茈的结构以及双层异质结光伏器件??
?第１章绪论???１９９５年Ｊ．Ｊ．Ｍ．Ｈａｌｌｓ团队２９基于可溶液处理的给受体互溶的方法制备了首个本体??异质结有机光伏器件，有机太阳能电池便逐渐完善并迅速得到人们的认同。对??于体相有机太阳能电池来说，其核心材料便是活性层材料：给体、受体３（）。给??体材料经过科研人们的努力已经趋于完善，种类丰富３１—３３，但是目前制约有机??太阳能电池发展的便是有机受体材料。受体材料虽然种类较多，但是优秀的受??体材料仍然较少，随着科研工作者近几年的不断创新，多种优秀的受体材料便??０??ＦＴＴＢ－ＰＤＩ４??ＣｓＨ，３?ｍｅ?Ｆ?Ｆ?Ｙ６?ｆ??图１．３几类受体材料结构图??自２０００以后，有机太阳能电池便进入快速发展的阶段，此时富勒烯受体??（ＰＣ６ｉＢＭ，?ＰＣ７１ＢＭ）尚处于当时的主导地位。２００５年Ｈｅｅｇｅｒ课题组２９以??Ｐ３ＨＴ／ＰＣＢＭ体系制备有机太阳能电池，其光电转化效率达到了?５％以上。自此，??有机太阳能电池进入了以富勒烯受体为代表的第一代本体异质结有机太阳能电??池的时代。富勒烯受体具有成本高昂、难以化学修饰以及可见光区吸收较弱等??缺点难以实现未来的有机太阳能电池产业化。为寻求成本低廉，效率较高的受??体材料，非富勒烯受体便出现在人们眼前。２００９年，Ｆａｃｈｅｔｔｉ课题组３５首次合??成了聚合物（Ｎ２２００），该聚合物以ＮＤＩ为受体单元，联噻吩为给体单元，合成??了一种具有Ｄ－Ａ结构的聚合物。该聚合物具有较高的电子迁移率以及较高的光??３??
世界众多科研人员的不懈努力，相信在不久的将来，有机太阳能电池不会拘泥??于实验室研发，一定会实现产业化，出现在万千大众的视野。??１．２．２有机太阳能电池的工作原理??有机太阳能电池的工作原理与无机硅太阳能电池的工作机理类似：太阳光??照射到有机半导体材料上，电子产生能级跃迁，由高能级向低能级跃迁，产生??空穴。而空穴与电子之间能够相互束缚从而形成激子，激子分离后在受体材料??上会形成自由电子与自由空穴，被正负极材料吸收，进而产生光电流和光电压。??我们以平面异质结太阳能电池为例（图１．４），其光电转换原理分为以下几部分：??－２．８ｅＶ?Ｃ６ｎ??ｕ?ＬＵＭＯ??１ＴＯ?，、?＾??Ｅｆ?—?）?ｈ＊?ｅ－??金属??－４．９ｅＶ??ＨＯＭＯ??ＭＥＨ－ＰＰＶ?－６．１?ｅＶ＾??ＨＯＭＯ??图１．４平面异质结太阳能电池工作原理??１）光子的吸收以及激子的产生：太阳光穿过ＩＴＯ玻璃照射到活性层上，??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机太阳电池效率突破18%（英文）[J]. 刘启世,江宇凡,金柯,秦建强,许金桂,李文婷,熊骥,刘金凤,肖作,孙宽,杨上峰,张小涛,丁黎明. Science Bulletin. 2020(04)
[2]An Alternating Polymer of Two Building Blocks Based on B←N Unit:Non-fullerene Acceptor for Organic Photovoltaics[J]. Ru-yan Zhao,窦传冬,刘俊,Li-xiang Wang. Chinese Journal of Polymer Science. 2017(02)
本文编号：3518935
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２铜酞菁与苯并咪唑茈的结构以及双层异质结光伏器件??
?第１章绪论???１９９５年Ｊ．Ｊ．Ｍ．Ｈａｌｌｓ团队２９基于可溶液处理的给受体互溶的方法制备了首个本体??异质结有机光伏器件，有机太阳能电池便逐渐完善并迅速得到人们的认同。对??于体相有机太阳能电池来说，其核心材料便是活性层材料：给体、受体３（）。给??体材料经过科研人们的努力已经趋于完善，种类丰富３１—３３，但是目前制约有机??太阳能电池发展的便是有机受体材料。受体材料虽然种类较多，但是优秀的受??体材料仍然较少，随着科研工作者近几年的不断创新，多种优秀的受体材料便??０??ＦＴＴＢ－ＰＤＩ４??ＣｓＨ，３?ｍｅ?Ｆ?Ｆ?Ｙ６?ｆ??图１．３几类受体材料结构图??自２０００以后，有机太阳能电池便进入快速发展的阶段，此时富勒烯受体??（ＰＣ６ｉＢＭ，?ＰＣ７１ＢＭ）尚处于当时的主导地位。２００５年Ｈｅｅｇｅｒ课题组２９以??Ｐ３ＨＴ／ＰＣＢＭ体系制备有机太阳能电池，其光电转化效率达到了?５％以上。自此，??有机太阳能电池进入了以富勒烯受体为代表的第一代本体异质结有机太阳能电??池的时代。富勒烯受体具有成本高昂、难以化学修饰以及可见光区吸收较弱等??缺点难以实现未来的有机太阳能电池产业化。为寻求成本低廉，效率较高的受??体材料，非富勒烯受体便出现在人们眼前。２００９年，Ｆａｃｈｅｔｔｉ课题组３５首次合??成了聚合物（Ｎ２２００），该聚合物以ＮＤＩ为受体单元，联噻吩为给体单元，合成??了一种具有Ｄ－Ａ结构的聚合物。该聚合物具有较高的电子迁移率以及较高的光??３??
世界众多科研人员的不懈努力，相信在不久的将来，有机太阳能电池不会拘泥??于实验室研发，一定会实现产业化，出现在万千大众的视野。??１．２．２有机太阳能电池的工作原理??有机太阳能电池的工作原理与无机硅太阳能电池的工作机理类似：太阳光??照射到有机半导体材料上，电子产生能级跃迁，由高能级向低能级跃迁，产生??空穴。而空穴与电子之间能够相互束缚从而形成激子，激子分离后在受体材料??上会形成自由电子与自由空穴，被正负极材料吸收，进而产生光电流和光电压。??我们以平面异质结太阳能电池为例（图１．４），其光电转换原理分为以下几部分：??－２．８ｅＶ?Ｃ６ｎ??ｕ?ＬＵＭＯ??１ＴＯ?，、?＾??Ｅｆ?—?）?ｈ＊?ｅ－??金属??－４．９ｅＶ??ＨＯＭＯ??ＭＥＨ－ＰＰＶ?－６．１?ｅＶ＾??ＨＯＭＯ??图１．４平面异质结太阳能电池工作原理??１）光子的吸收以及激子的产生：太阳光穿过ＩＴＯ玻璃照射到活性层上，??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机太阳电池效率突破18%（英文）[J]. 刘启世,江宇凡,金柯,秦建强,许金桂,李文婷,熊骥,刘金凤,肖作,孙宽,杨上峰,张小涛,丁黎明. Science Bulletin. 2020(04)
[2]An Alternating Polymer of Two Building Blocks Based on B←N Unit:Non-fullerene Acceptor for Organic Photovoltaics[J]. Ru-yan Zhao,窦传冬,刘俊,Li-xiang Wang. Chinese Journal of Polymer Science. 2017(02)
本文编号：3518935
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3518935.html
