發(fā)布時間：2020-10-30 12:14

　　 有機(jī)小分子太陽能電池作為一種新型能源的載體且具有諸多其他電池所無法替代的優(yōu)點而在近幾年的研究中逐漸引起人們的廣泛關(guān)注,目前單節(jié)有機(jī)小分子太陽能電池的最高光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)突破11%,標(biāo)志著有機(jī)小分子太陽能電池的研究取得了一定的進(jìn)展。本文采用咔唑作為分子設(shè)計的給電子單元,吡咯并吡咯二酮作為分子設(shè)計的吸電子單元,同時在末端引入吸電子基團(tuán)4-氟苯基、4-氰基苯基以及給電子基團(tuán)4-甲氧基苯基,設(shè)計合成了四個D-π-A結(jié)構(gòu)的不對稱型分子作為給體材料,同時選擇PC_(61)BM作為與之相匹配的受體材料,采用本體異質(zhì)結(jié)的器件結(jié)構(gòu)來進(jìn)行有機(jī)光伏器件的制作。通過~1H-NMR、~(13)C-NMR以及MALDI-TOF HRMS對已合成的四種材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。在此基礎(chǔ)上,通過對四種材料進(jìn)行熱重性質(zhì)測試、熒光淬滅測試等來證明所合成的分子可以與PC_(61)BM混合制備本體異質(zhì)結(jié)器件。通過理論計算來研究分子在理論情況下的能級以及電子云分布情況。通過紫外-可見吸收測試、循環(huán)伏安測試、熒光發(fā)射曲線測試等方法對分子的光學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)展開深入的研究。最后,與受體材料PC_(61)BM混合來進(jìn)行光伏器件的制作。實驗結(jié)果表明,末端取代基的引入改變了分子的能級和電子云分布,進(jìn)而對于分子的光學(xué)、電化學(xué)以及光伏性質(zhì)都具有較大的影響。其中CZBTDPPF和CZBTDPPO兩個分子表現(xiàn)出了相對較好的光伏性質(zhì),分別實現(xiàn)了1.97%和1.91%的光電轉(zhuǎn)化效率,在后期的實驗中還可進(jìn)行進(jìn)一步的器件優(yōu)化。引入咔唑結(jié)構(gòu)單元可以實現(xiàn)對于分子HOMO能級的降低,使相應(yīng)的器件獲得了相對較高的開路電壓。烷基鏈的引入可以提升分子的溶解性,但是也會使得分子的平面性受到破壞,因此在分子設(shè)計時需綜合考慮。通過本論文所進(jìn)行的一系列實驗,為后續(xù)基于咔唑和吡咯并吡咯二酮為基本單元的有機(jī)小分子電池的研究提供了參考依據(jù)。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM914.4;TB322
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 太陽能電池類型
    1.3 有機(jī)太陽能電池基本概況
        1.3.1 有機(jī)太陽能電池基本工作原理
        1.3.2 有機(jī)太陽能電池器件結(jié)構(gòu)
        1.3.3 有機(jī)太陽能電池性能表征參數(shù)
    1.4 有機(jī)太陽能電池活性層材料
        1.4.1 有機(jī)太陽能電池受體材料
        1.4.2 有機(jī)太陽能電池給體材料
    1.5 有機(jī)小分子給體材料結(jié)構(gòu)類型
    1.6 有機(jī)太陽能電池給體材料基本設(shè)計原則
    1.7 基于咔唑吡咯并吡咯二酮有機(jī)小分子給體材料的基本設(shè)計原則
2 實驗部分
    2.1 試劑與儀器
        2.1.1 實驗藥品
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 溶劑預(yù)處理
    2.3 基于咔唑吡咯并吡咯二酮分子的合成
        2.3.1 吸電子單元A的合成
        2.3.2 咔唑給電子單元D的合成
        2.3.3 目標(biāo)分子產(chǎn)物的合成
    2.4 本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)光伏器件的制作
3 結(jié)果討論
    3.1 分子熱穩(wěn)定性測試
    3.2 DFT和 TD-DFT理論計算結(jié)果分析
    3.3 紫外-可見吸收測試
    3.4 電化學(xué)性質(zhì)測試
    3.5 熒光性質(zhì)測試
    3.6 器件光伏性質(zhì)測試
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
附錄 目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)表征譜圖
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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本文編號：2862461