三苯胺—共轭桥—绕丹宁类小分子给体材料的合成及其构效关系研究

发布时间：2020-06-30 08:23

【摘要】：本论文以三苯胺(DPTA)为给电子单元(D),绕丹宁(RD)为得电子单元(A),保持这两种结构单元不变,引入不同类型的共轭π-桥,合成了一系列D-π-A型有机小分子给体材料,制备了结构为ITO/ZnO/Small Molecule:PC_(61)BM(或PC_(71)BM)/MoO_3/Ag的倒置太阳能电池器件,并对器件的光伏性能进行了表征,通过实验结果和理论分析相结合,指出以D-π-A型模块构建的给体分子与光伏器件性能之间的构效关系,主要内容如下:第二章,在DPTA与RD单元之间引入一个噻吩基团、两个噻吩基团和三个噻吩基团分别作为共轭π-桥,设计合成了三种有机小分子给体材料1T、2T和3T。有机小分子1T,其E_g为2.06 eV,E_(HOMO)/E_(LUMO)为-5.13 eV/-3.07 eV,通过理论计算得到其分子内电荷转移(ICT)态激子束缚能(E_b)为0.32 eV,当光活性层1T:PC_(71)BM的质量比为1:3时,测得太阳能电池器件的PCE值为1.21%,V_(OC)为0.73 V,J_(SC)为4.48 m A·cm~(-2),FF为37.22%;有机小分子2T,其E_g为1.93 eV,E_(HOMO)/E_(LUMO)为-5.07 eV/-3.14 eV,E_b为0.29eV,当光活性层2T:PC_(71)BM的质量比为1:3时,测得器件PCE为1.57%,V_(OC)、J_(SC)和FF分别为0.69 V、5.54 mA·cm~(-2)、41.09%;有机小分子3T,其E_g为1.85 eV,E_(HOMO)/E_(LUMO)为-5.05 eV/-3.20 eV,E_b为0.33 eV,当光活性层3T:PC_(71)BM的质量比为1:3时,测得器件PCE为0.98%,V_(OC)为0.62 V,J_(SC)为3.82 mA·cm~(-2),FF为41.72%。研究发现,当在分子中引入两个噻吩基团作为π-桥时,对于分子内激子的分离最有利,分子的性能最优。第三章,在DPTA与RD单元之间同时引入噻并[3,2-b]噻吩(TT)基团和噻吩(T)基团,使其左右位置相互交换作为共轭π-桥,得到两种共轭π-桥基团TT-T和T-TT,设计合成了两种有机小分子给体材料T-RD和TT-RD,测得其E_g分别为1.92 eV和1.88 eV,E_(HOMO)分别为-5.26 eV和-5.19 eV,E_(LUMO)分别为-3.34 eV和-3.31 eV,E_b分别为0.33 eV和0.32eV。当光活性层T-RD:PC_(71)BM的质量比为1:3时,测得太阳能电池器件PCE值为1.40%,V_(OC)、J_(SC)、FF分别为0.72 V、5.01 m A·cm~(-2)、38.83%;当光活性层TT-RD:PC_(61)BM的质量比为1:3时,测得太阳能电池器件PCE值为1.70%,V_(OC)为0.63 V,J_(SC)为6.36 mA·cm~(-2),FF为41.96%。对比分析,发现具有较大共轭面的TT基团与拉电子单元更近时,分子的光伏性能较优。第四章,分别在DPTA与RD单元之间引入碳碳单键、噻吩基团(T)和炔基(A),设计合成了三种具有不同电子结构π-桥的有机小分子DPR、TDPR和ADPR。有机小分子DPR,E_g为1.63 eV,E_(HOMO)/E_(LUMO)为-4.99 eV/-3.36 eV,E_b为0.20 eV,当光活性层DPR:PC_(61)BM的质量比为1:2时,测得器件的PCE值为1.07%,V_(OC)为0.72 V,J_(SC)为4.51m A·cm~(-2),FF为32.81%;有机小分子TDPR,其E_g为1.58 eV,E_(HOMO)/E_(LUMO)为-5.01eV/-3.34 eV,E_b为0.17 eV,当光活性层TDPR:PC_(61)BM的质量比为1:2时,测得太阳能电池器件的PCE值为1.29%,V_(OC)为0.72 V,J_(SC)为5.24 mA·cm~(-2),FF为34.13%;有机小分子ADPR,其E_g为1.67 eV,E_(HOMO)/E_(LUMO)为-5.09 eV/-3.42 eV,E_b为0.18 eV,当光活性层ADPR:PC_(61)BM的质量比为1:1.5时,测得太阳能电池器件的PCE值为1.20%,V_(OC)为0.75 V,J_(SC)为4.81 mA·cm~(-2),FF为33.25%。对比实验数据发现,当在分子中引入噻吩基团作为共轭π-桥时,分子的光伏性能相对较优。第五章,在DPTA与RD单元之间分别引入蒽(A)和联蒽(BA),设计合成了两种有机小分子给体材料AR和BAR,测得其E_g分别为2.51 eV和2.52 eV,E_(HOMO)分别为-5.15eV和-5.12 eV,E_(LUMO)分别为-2.64 eV和-2.60 eV。基于两个小分子AR和BAR的光伏器件性能有待进一步研究。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O626
【图文】：

-绕丹宁类小分子给体材料的合成及其构效极、阳极修饰层，光敏层、阴极阳能电池分为两类：单质结有机异质结、叠层结构)。机太阳能电池器件结构，结构为说，其内建电场源于两个电极的垒。这种器件结构的缺点在于，大，所以电池的光电转换效率较低

所以电池的光电转换效率较低1.1 单质结有机太阳能电池器件结构示意有机太阳能电池器件结构，结构料进行合理的选择，给体材料和受进而提高器件的光电转换效率[31]给受体界面处，电荷分离被限制，所以目前此类电池的光电转换

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本文编号：2735096