【摘要】：富勒烯及其衍生物具有的獨(dú)特的三維球狀結(jié)構(gòu)使其具有各向同性,有利于激子的擴(kuò)散,還能夠使其形成獨(dú)立的聚集態(tài)利于形成給受分相,較強(qiáng)的電負(fù)性使其具有較強(qiáng)的吸電子能力。這些優(yōu)異的性能使其在有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域受體中一度占主導(dǎo)地位,但是由于其在可見(jiàn)光區(qū)域的吸收較弱、能級(jí)可調(diào)控性較低限制了其光電轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高。而非富勒烯小分子受體則因?yàn)槠渚哂休^強(qiáng)的光吸收、合成方便、造價(jià)較低以及能級(jí)可調(diào)以便與不同的給體匹配等優(yōu)點(diǎn),成為了繼富勒烯及其衍生物之后作為受體制備有機(jī)太陽(yáng)能電池的又一選擇,因此開(kāi)發(fā)高效的新型小分子受體成為了近年來(lái)的研究熱點(diǎn)�；诖�,我們選擇了芴的衍生物芴并噻吩這一研究較少的結(jié)構(gòu)為中心單元,分別以氰亞甲基靛酮和3-乙基繞丹寧為端基合成了兩類(lèi)A-π-D-π-A型的新型受體小分子,并對(duì)它們的光電性能進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容如下:1.以芴并二噻吩為核,3-乙基繞丹寧為端基,設(shè)計(jì)合成了小分子TFDTBR,它有著良好的溶解性,能很好地溶于各種常規(guī)有機(jī)溶劑。用氰亞甲基靛酮代替3-乙基繞丹寧,以辛基和己基分別為芴并二噻吩以及π橋噻吩單元上的烷基側(cè)鏈得到了DICTFDT-OH,然后分別通過(guò)改變芴并二噻吩以及π橋上的側(cè)鏈為2-乙基己基得到了DICTFDT和DICTFDT-OE。其中,DTCTFDT能夠良好成膜,最適合作為受體來(lái)制備有機(jī)太陽(yáng)能電池器件。2.TFDTBR具有較好的熱穩(wěn)定性,熱失重5%時(shí)的溫度為388℃,它在可見(jiàn)光區(qū)域有著強(qiáng)而寬的吸收,光學(xué)帶隙為1.69 eV。它的較高的LUMO能級(jí)(-3.44eV)有利于器件獲得一個(gè)較高的V_(oc)。當(dāng)以PTB7-Th為給體材料與TFDTBR共混制作太陽(yáng)能電池器件時(shí),通過(guò)優(yōu)化發(fā)現(xiàn)給受質(zhì)量比為2:3時(shí),制得的器件有著最佳性能,開(kāi)路電壓可以達(dá)到0.920 V,但是由于短路電流(12.17 mA cm~(-2))和填充因子(0.35)偏低,使得光電轉(zhuǎn)換效率僅為3.95%。3.DICTFDT的光學(xué)帶隙為1.67 eV,HOMO能級(jí)和LUMO能級(jí)分別為-5.56eV和-4.00 eV。當(dāng)以PTB7-Th為給體材料與DICTFDT共混制備電池器件時(shí),在給受質(zhì)量比為2:3時(shí),性能最佳,對(duì)應(yīng)的開(kāi)路電壓為0.891 V,短路電流為12.52mA cm~(-2),填充因子為0.46,最終DICTFDT器件獲得了比TFDTBR器件高的光電轉(zhuǎn)換效率5.12%,主要由于它有著相對(duì)較強(qiáng)的電子傳輸能力以及載流子傳輸更平衡。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【圖文】：

插的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于激子的解離，減少分子間的復(fù)合。體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)開(kāi)始被廣泛的應(yīng)用有機(jī)太陽(yáng)能電池中，此后有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的發(fā)展主要是在此基礎(chǔ)上圍繞新的活性層吸光材料的設(shè)計(jì)以及活性層形貌優(yōu)化等方面展開(kāi)。2015 年，北京大學(xué)占肖衛(wèi)設(shè)計(jì)出了 ITIC[22]，這種合成簡(jiǎn)單、分離容易的有機(jī)小分子材料作為受體與給體材料 PTB7-Th 在質(zhì)量比為 1.5:1 時(shí)制得的電池器件獲得了 6.8%的光電轉(zhuǎn)換效率，顯示了非富勒烯小分子材料作為受體的巨大潛力。隨后，研究者將目光轉(zhuǎn)向非富勒烯小分子材料作為受體制備有機(jī)太陽(yáng)能電池，各種新型高效的受體材料不斷地被報(bào)道，有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率不斷突破。1.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池的基本特征1.3.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池的工作原理

能電池效率很低。雙層平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中，活性層材料分為給體材料和受體材料兩層，它們形成 D-A 接觸，并排列于兩電極之間。與單層肖特基結(jié)構(gòu)相比，它的激子解離的驅(qū)動(dòng)力來(lái)源于給受體材料的 LUMO 能級(jí)差而不是功函數(shù)差，因此可以通過(guò)選擇能級(jí)合適的給受體材料來(lái)調(diào)節(jié)，可以有效提高激子的解離效率，而且雙層結(jié)構(gòu)使得電子和空穴可以在不同的材料中運(yùn)輸，從而降低它們復(fù)合的幾率。但是由于實(shí)際有效活性層的厚度有限，一般在 20nm 左右，不足以吸收更多的光子從而產(chǎn)生更強(qiáng)的光電流，限制了具有這類(lèi)器件結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

BDTT 和四個(gè) DPI 單元耦合得到的具有非平面構(gòu)型的 TPB[66]，當(dāng)它與 PTB7-Th共混時(shí)，在添加添加劑二苯醚的情況下效率為 8.47%，短路電流高達(dá) 18.20 mAcm 2，但是不添加二苯醚，由于電子遷移率較低，效率只有 7.03%，延伸共軛長(zhǎng)度并拓寬平面結(jié)構(gòu)可以獲得高的電子遷移率。

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本文編號(hào)：2780260