基于喹喔啉衍生物的有机小分子光伏材料的研究

发布时间：2017-09-23 04:22

  本文关键词：基于喹喔啉衍生物的有机小分子光伏材料的研究

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【摘要】：因为小分子光伏材料的制备与提纯比较容易,而且属于环境友好型光伏材料,因此与其他材料相比,小分子材料更具优势。最新报道的有机小分子给体材料光伏电池的效率已经突破10%的大关。这为小分子类光伏电池在将来实现商业和市场化提供了可能。本论文设计并合成了基于三种喹喔啉衍生物的8种有机小分子光伏给体材料。喹喔啉单体是一个吸电子单元(A),喹喔啉具有独特的结构,容易被修饰,在引入氟原子后,喹喔啉单元的吸电子能力增强。以三苯胺(TPA)作为给电子体单元(D),并分别引入单键、双键、三键、氰基乙烯基作为π桥键,与带有不同数目氟原子的喹喔啉偶联,构成了本文所设计的D-A-D型光伏给体材料。本论文用核磁共振和高分辩质谱对设计的8个D-A-D型材料进行结构表征,通过GaussView09对材料进行密度泛函数理论计算,确定8个材料的能级能够分别与本实验室使用的PC61BM(受体材料)的能级相匹配。并且分别对材料进行了紫外-可见吸收的测试,循环伏安法测试和器件测试来获得材料光学性质,电化学性质和光电数据。通过对8个目标材料测定的数据结果的分析得出以下结论：(Ⅰ)将氟原子引入材料后,氟原子的吸电子诱导效应明显降低了材料的HOMO能级,这也是材料获得较高的开路电压(Voc)的重要原因之一。(Ⅱ)氰基系列的材料都具有较高的短路电流密度(Jsc), D结构上引入氰基乙烯基作为π桥键,氰基的吸电子诱导效应有利于增大材料的Jsc. (Ⅲ)三键系列的材料具有较高的Voc,TPAFTQOL和TPAFFTQOL的Voc分别为1.09 V,1.08 V。三键材料具有更好的共轭性及刚性结构,是增大材料的Voc的原因之一。(IV)三键系列和氰基系列中,引入一个氟原子的材料TPAFTQOL和TPAFCQOL分别具有最高的Voc=1.09 V和最高的PCE=3.99%。说明引入一个氟原子对材料的影响是最理想的。(Ⅴ)氰基系列的三个材料TPACQOL,TPAFCQOL,TPAFFCQOL都具有很高的光电转化效率(PCE) 。TPACQOL、TPAFCQOL、TPAFFCQOL的光电转化效率分别为3.40%、3.61%、3.99%,从数据分析中不难看出,TPAFCQOL具有最优的光电性能。说明此类材料在以后的深入研究中具有很大的潜力。
【关键词】：喹喔啉衍生物 给体 三苯胺 有机小分子光伏材料
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O626
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-35
• 1.1 光伏材料电池9-11
• 1.1.1 光伏电池的利用及发展9
• 1.1.2 光伏电池的发展9-10
• 1.1.3 光伏电池的分类10-11
• 1.2 有机光伏电池11-13
• 1.2.1 有机光伏电池的工作原理11-12
• 1.2.2 有机光伏电池的性能参数12-13
• 1.3 有机聚合物光伏电池13-16
• 1.3.1 有机聚合物给体材料13-15
• 1.3.2 有机聚合物受体材料15-16
• 1.4 有机小分子光伏电池16-32
• 1.4.1 有机小分子受体材料17-18
• 1.4.2 有机小分子给体材料—三苯胺类18-21
• 1.4.3 有机小分子给体材料—DPP类21-25
• 1.4.4 有机小分子给体材料—低聚噻吩类25-29
• 1.4.5 有机小分子给体材料—卟啉类29
• 1.4.6 有机小分子给体材料—喹喔啉类29-32
• 1.5 本论文目标分子的设计思路32-35
• 2 实验部分35-50
• 2.1 仪器与药品试剂35-36
• 2.1.1 实验仪器35
• 2.1.2 药品试剂35-36
• 2.2 特定药品的预处理36-37
• 2.3 目标材料的合成37-49
• 2.3.1 三种喹喔啉衍生物受体单元的合成37-43
• 2.3.2 三苯胺给体单元的合成43-46
• 2.3.3 目标材料的合成46-49
• 2.4 BHJ光伏器件的制作49-50
• 3 结果与讨论50-62
• 3.1 目标分子的合成50-51
• 3.2 光学表征51-53
• 3.3 DFT论计算53-56
• 3.4 循环伏安法测定化学性质56-58
• 3.5 器件测试58-62
• 结论62-63
• 参考文献63-68
• 附录A 终产物的表征68-76
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况76-77
• 致谢77-78

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本文编号：903173