非富勒烯小分子受体材料的合成及其光伏性能研究

发布时间：2020-03-19 03:55

【摘要】：有机太阳能电池具有质轻价廉,可制备大面积柔性设备等特点,使其具有较大的应用潜力。但其离商业化仍然还有许多工作要做,在当前能源紧缺的环境下,加快基于有机太阳能电池的材料开发势在必行。本文综述了应用于有机太阳能电池的非富勒烯受体材料以及发展现状,设计并合成了一个具有三维结构的傒酰亚胺类宽带隙受体材料:BP-PDI_4,以及含吡喃环的窄带隙受体材料:PTIC。通过联苯核将四个体积较大的傒酰亚胺单元连接在一起,由于位阻使得该小分子呈现3D构型,从而抑制其在固态的聚集。通过在IDT给体核内引入氧原子,使其拥有更强的给电子能力,从而使得该ADA结构的小分子吸收光谱得到拓宽和红移。此外,对两个系列的受体材料的光电性质与器件性能了表征:(1)通过对比BP-PDI_4与傒酰亚胺单体的吸收光谱,可以发现BP-PDI_4的聚集程度远小于PDI单体,说明构建具有3D结构的小分子是一种抑制傒酰亚胺受体聚集的有效方法。将BP-PDI_4与PTB7-Th或PBDTTT-C-T共混可以得到形貌均匀的共混膜,制备有机太阳能电池器件,得到最高2.95%的光电转化效率。(2)IDT给体核中插入氧原子得到新的含吡喃环的给体核PDT,可以提升给体核的给电子能力,加强ADA构型的受体材料的分子内电荷转移效应,使吸收光谱红移,提升HOMO能级,减小带隙,拓宽吸收光谱。将基于PDT核的受体小分子PTIC与聚合物给体PBDB-T共混制备有机太阳能电池器件,得到最高7.66%的光电转化效率。
【图文】：

酰亚胺的小分子受体具有大的共轭结构，较高的电子迁移率，良重要的是，它易于化学修饰，因此易于调节的聚集行为[20-22]。然而，在有机太阳能电池领烯材料。这是由于在强的 π π 堆积作用下，很容易在 BHJ 活性层中聚集。尽管这种聚集有利于电荷传输，但是这种微米级的晶体结，限制了电荷在给/受体界面的分离。由于激，适度的相分离对器件的效率有至关重要的作原子，激态原子会捕获激子，从而降低激子问题，通常需要破坏 PDI 分子的平面性来抑

而 PDI 接上一些较大的芳香族基团如苯并二噻吩单元后，由于位阻效应，芳香取代基和傒核之间会有一个较大的二面角，从而产生一个扭曲的分子，抑制小分子在活性层的聚集。O-PDI-O、B-PDI-O、B-PDI-B小分子中，，PDI 单元自身的二面角（两个萘平面之间的二面角）依次增大：14°、20°、21°，PDI 单元和取代基单元之间的二面角也依次增大，B-PDI-O中这个二面角为 53°，B-PDI-B 中二面角为 75°。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4

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