基于卟啉的有机小分子光伏材料的合成与性质

发布时间：2020-05-13 12:09

【摘要】：有机小分子光伏给体材料因为具有合成简单、结构易修饰、原料来源范围广,器件制作工艺简单、成本低廉、可实现大规模生产等优点,近年来吸引了大量研究者,也取得了令人瞩目的成就。而卟啉因具有较大的18电子共轭体系、较好的平面性、较好的稳定性和较高的空穴迁移率,已成为构建给体光伏材料的极具前景的结构单元。本论文选用卟啉作为给电子单元(D),吡咯并吡咯二酮作为吸电子单元(A),设计合成了六种基于卟啉的小分子给体材料。通过密度泛函理论(DFT)计算和含时密度泛函理论(TD-DFT)计算对分子结构进行了优化,获得了分子的电子云分布,并且得到了分子的理论能级和紫外-可见(UV-vis)吸收光谱。此外,分子的UV-vis吸收光谱的实验数据和电化学性质分别利用分光光度计和循环伏安法进行了测试。最终将合成的给体材料与受体材料PC_(61)BM共混制作成本体异质结有机太阳能电池((BHJ-OSCs)器件,通过测试研究了所合成材料的光伏性能。本论文研究表明,对称的卟啉小分子上不同电负性的基团的引入不仅增加了分子的相对分子质量,而且还降低了材料的溶解性,因此不适合作为给体材料。不对称的卟啉类给体材料的设计很大程度上降低了相对分子质量,获得了较好的溶解性,因此这几种不对称的材料适合作为给体材料用来制作有机小分子太阳能电池。另外,在吸电子单元的末端引入不同电负性的基团对材料的光吸收性质和能级都有很明显的影响,进而影响材料的光伏性能。以ZnPTDPPCN做为给体材料的电池在不加入任何添加剂的条件下表现出4.26%的高效率,填充因子也达到了0.43;以ZnPTDPPO做为给体材料的电池在不加入任何添加剂的条件下也获得了4.24%的高转化效率,同时其短路电流密度达到了15.54 mA·cm~(-2)。本论文所采用的分子结构设计思想为卟啉类有机小分子光伏材料的分子设计提供了重要的参考价值。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O621.2

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本文编号：2661936