新型给受体型有机小分子的设计、合成以及在有机太阳能电池中的应用

发布时间：2017-10-05 00:19

  本文关键词：新型给受体型有机小分子的设计、合成以及在有机太阳能电池中的应用

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【摘要】：本论文的主要工作是设计合成了一系列具有窄带隙的新型小分子给体材料并将其应用于有机太阳能电池中,主要分为以下两部分工作:在第一部分的工作中,我们设计合成了一系列小分子给体材料,它们的基本结构为D1-A-D2-A-D1,我们以富电子的二噻吩并引达省(IDT)为核,作为给电子基团(D2),苯并噻二唑或氟代的苯并噻二唑为受体单元,正己烷取代的连二噻吩为封端单元(D1),在此基础上,我们在A-D2中间插入π桥合成了分子BIT-4F-T,大大增加了对可见光的吸收能力,增强了分子间π-π堆积的作用。我们以BIT-4F-T为给体材料,PC71BM为受体材料制备了体异质结太阳能电池,在不加入任何添加剂时,获得了8.1%的高转化效率,其中Voc=0.90 V,Jsc=12.0 mA cm-2,FF=0.76,这是在以IDT为核的小分子给体材料中,迄今为止得到的最高的光电转换效率。在第二部分的工作中,我们合成了一系列D2-Aw-D1-As-D1-Aw-D2型给受体小分子,这两个分子都是以缺电子的吡咯并吡咯二酮(DPP)为中心受体片段(As),苯并噻二唑或氟代的苯并噻二唑为受体单元(Aw),以IDT为给体片段(D1),正己烷取代的连二噻吩为封端单元(D2)。我们主要研究了在较弱的受体片段上引入氟原子与否对材料的能级、共混膜的表面形貌、电荷迁移率、器件性能等方面的影响。相比于DPPBIT来说,DPPBIT4F有类似的紫外吸收光谱和电化学性质,但它们的短路电流和填充因子显示出了明显的不同,以DPPBIT4F为给体材料,PC71BM为受体材料制备了体异质结太阳能电池,与DPPBIT的低效率相比,在用二氯甲烷蒸汽退火处理的条件下,获得了5.4%的高转化效率,其中Jsc=10.5 mA cm-2,FF=0.69,Voc=0.74V,这部分工作成功阐述了在我们体系中,通过简单的在弱受体片段上引入氟原子,同样可以明显的改善膜的表面形态,提高电荷迁移率,从而得到高转化效率的太阳能电池材料。
【关键词】：有机太阳能电池 苯并噻二唑 二噻吩并引达省 吡咯并吡咯二酮 能量转化效率
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-39
• 1.1 引言9-10
• 1.2 有机太阳能电池材料研究进展10-12
• 1.3 有机太阳能电池的结构和工作原理12-18
• 1.3.1 有机太阳能电池的基本原理12-14
• 1.3.2 光伏性能参数14-15
• 1.3.3 有机光伏器件的类型15-18
• 1.4 有机小分子给体的研究进展18-28
• 1.4.1 材料设计原则与策略18-21
• 1.4.2 小分子给体材料21-28
• 1.5 有机太阳能电池的研究总结与展望28-30
• 1.6 本论文的设计思想和研究内容30-31
• 1.7 参考文献31-39
• 第二章 基于二噻吩并引达省(IDT)单元的有机小分子给体材料的设计合成及性能研究39-61
• 2.1 引言39-41
• 2.2 实验部分41-49
• 2.2.1 原料与试剂41
• 2.2.2 化合物表征所用的仪器41-43
• 2.2.3 材料的合成43-49
• 2.2.3.1 中间体合成43-47
• 2.2.3.2 目标产物的合成47-49
• 2.3 结果与讨论49-58
• 2.3.1 材料的合成和热失重分析49-50
• 2.3.2 光物理性质50-52
• 2.3.3 电化学性质52-53
• 2.3.4 分子模拟计算53-54
• 2.3.5 器件的光伏性能54-58
• 2.4 本章小结58-59
• 2.5 参考文献59-61
• 第三章 基于吡咯并吡咯二酮(DPP)单元的有机小分子给体的设计合成及性能研究61-77
• 3.1 引言61-62
• 3.2 实验部分62-69
• 3.2.1 实验试剂、测试仪器及条件62
• 3.2.2 材料的合成62-69
• 3.2.2.1 中间体的合成62-67
• 3.2.2.2 目标产物的合成67-69
• 3.3 结果与讨论69-75
• 3.3.1 材料的合成和热失重分析69
• 3.3.2 光物理性质69-70
• 3.3.3 电化学性质70-71
• 3.3.4 器件的光伏性能71-75
• 3.4 本章小结75-76
• 3.5 参考文献76-77
• 第四章 总结和展望77-78
• 附录 本文所涉及新化合物的谱图78-96
• 攻读硕士学位期间发表的论文96-97
• 致谢97-98

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本文编号：973703