萘二酰亚胺及苯并噻二唑类电子受体材料分子设计与开路电压的理论调控

发布时间：2017-12-07 22:32

  本文关键词：萘二酰亚胺及苯并噻二唑类电子受体材料分子设计与开路电压的理论调控

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【摘要】：本论文设计了一系列A'-π-A-π-A'型非富勒烯电子受体材料分子,并分别与不同的电子给体材料分子组合,构建给-受体(D-A)界面,评估了D-A界面载流子的复合趋势,给出了有可能获得较高开路电压的D-A分子组合,以期为开发高性能的有机太阳能电池提供理论指导。研究内容包括两个部分：第一部分：采用密度泛函理论预测了6个萘二酰亚胺(NDI)衍生物电子受体分子An(n=1-6)的几何构型、前线轨道特征及吸收光谱；并分别与选定的3个给体分子Dm(m=1-3)组合,构建D-A界面,从单分子尺度评估了不同D-A界面载流子的.复合程度。结果表明,引入N、O、S等杂原子可以改变分子间氢键位点及强度,调节D-A界面分子间的距离与位移,以降低界面载流子的复合,通过减小光电压损失获得高的开路电压Voc；此外,通过计算给体HOMOD与受体LUMOA之间的电子耦合Vif发现,平面性均较好的D-A分子组合Vif较大,界面载流子易于复合,会引起较大的光电压损失,不利于获得高的Voc。将平面性好的受体与非平面型给体材料搭配作为有机太阳能电池光活性层有可能获得高的VOc。综合考虑△EL、Vif、D-A分子平面性及光吸收效率等因素,认为D3-A5组合有望成为电子迁移率高、在可见光和近红外区吸收宽、界面激子能有效分离且不易复合的理想给-受体分子组合。第二部分：设计并预测了一系列苯并噻二唑衍生物电子受体分子的几何构型、前线轨道特征、吸光性质及电子重组能等信息；并考察了丙酮和氯苯溶剂对分子性质的影响；在此基础上将性能优异的受体分子与特定的给体分子组合构建D-A界面,通过计算给体HOMO与受体LUMO之间的电子耦合Vif,评估了D-A界面载流子的复合程度。结果表明,对于A'-π-A-π-A'型苯并噻二唑衍生物,改π桥可以显著调节HOMO能级,进而达到显著调节能隙的目的；合理选择取代基对核心受体苯并噻二唑进行修饰是调节LUMO能级和能隙最有效的方法。此外,进一步证明将平面性好的受体材料与非平面型给体材料搭配作为有机太阳能电池光活性层材料,有可能达到降低界面复合、减小光电压损失、提高开路电压的目的。综合考虑△EL、Vif、光吸收效率及溶剂化效应等因素,D1-1aγ及D1-2aγ界面组合有望成为电子迁移率高、在可见光和近红外区吸收宽、界面激子可以有效分离且不易复合的理想给-受体分子组合。
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O626;TM914.4

【参考文献】

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1 刘扬;杨乐;陈志坚;;小分子给体型有机光伏材料[J];化学工业与工程;2014年02期

2 张忠卫,陆剑峰,池卫英,王亮兴,陈鸣波;砷化镓太阳电池技术的进展与前景[J];上海航天;2003年03期

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本文编号：1264063