發(fā)布時(shí)間：2020-08-08 23:59

【摘要】：有機(jī)太陽(yáng)能電池(Organic Solar Cell,OSC)中,經(jīng)典的富勒烯受體材料具有難以調(diào)控能級(jí)和吸收光譜等缺點(diǎn),而有機(jī)小分子受體(SMA)材料由于其簡(jiǎn)單多樣的合成和純化方法,明確的分子量和結(jié)構(gòu),已經(jīng)成為熱點(diǎn)研究領(lǐng)域并引起越來(lái)越多的關(guān)注。當(dāng)聚(3-己基噻吩)P3HT用作給體時(shí),SMA至少需要滿(mǎn)足兩個(gè)基本條件:首先,SMA應(yīng)該具有高的LUMO(最低空軌道)能級(jí),可以與P3HT良好匹配,以減少潛在損失并同時(shí)促進(jìn)激子解離。其次,它們的幾何形狀應(yīng)該被精細(xì)地設(shè)計(jì),以便在活性層中與P3HT形成適當(dāng)?shù)墓不煳镄螒B(tài)。本論文旨在通過(guò)分子層面的設(shè)計(jì),合成一系列性能優(yōu)異的非富勒烯小分子材料,并對(duì)它們?cè)贠SC器件應(yīng)用中的光電性能進(jìn)行了表征和研究。主要內(nèi)容包括基于苯并三唑(BTA),以苯并三噻吩及螺芴為分子中心單元設(shè)計(jì)合成的BTA衍生小分子材料的基本性能表征,電子結(jié)構(gòu)特性以及光伏器件性能研究等。以苯并三唑(BTA)作為受體結(jié)構(gòu)單元的非富勒烯SMA表現(xiàn)出高的VOC,而螺芴因?yàn)槿S空間結(jié)構(gòu)可以非常好地抑制膜中的自聚集并最終調(diào)整共混物形態(tài)的優(yōu)勢(shì),可以作為中心核,因此,螺芴(SF)和苯并三唑(BTA)被認(rèn)為是構(gòu)建n型光伏材料的有前途的構(gòu)件。本章設(shè)計(jì)了三種新型小分子受體(SMAs),命名為BTA21,BTA23,BTA27,其結(jié)構(gòu)為A2=A1-D-A1=A2,其中SF和BTA分別用作中心單元D和橋聯(lián)受體單元A1。另外,選擇3-乙基羅丹寧,2-(3-乙基-4-氧代噻唑烷-2-亞基)丙二腈和丙二腈作為末端受體單元以調(diào)節(jié)最終SMAs的性質(zhì)。P3HT:BTA21 器件最佳的 PCE值為 3.28%,其中 VOC為 1.02 V,Jsc為 5.45 mA·cm-2,FF為 0.59。以苯并三噻吩為核心,BTA為受體單元,結(jié)合兩個(gè)不同的端基,合成出BTT-3BTA1和BTT-3BTA2,并對(duì)它們的光學(xué)、電化學(xué)以及器件性能進(jìn)行了表征。P3HT:BTT-3BTA1器件最佳的PCE值為2.23%,其中VOC為0.89 V,JSC為4.65 mA·cm-2,FF 為 0.54。同樣,以螺芴為中心核,4個(gè)BTA作為受體單元,分別與兩個(gè)端基結(jié)合,合成出SF-4BTA1,和SF-4BTA2,并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的表征。P3HT:SF-4BTA1器件最佳的 PCE 值為 3.48%,其中 VoC 為 1.01 V,JSC為6.51 mA·cm-2,FF為 0.53。研究表明,端基對(duì)其分子間相互作用的影響很大,對(duì)其光電性能起著重要作用。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(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】：

電池逡逑的工作原理逡逑的工作原理是通過(guò)有機(jī)半導(dǎo)體材料的光生伏的能量大于有機(jī)分子材料的禁帶寬度時(shí)（知，＞從有機(jī)分子的最高占有軌道（ＨＯＭＯ）被激發(fā)，在分子材料的價(jià)帶產(chǎn)生一個(gè)空穴而在導(dǎo)帶產(chǎn)。但是有機(jī)分子的激發(fā)態(tài)由于庫(kù)倫力作用較體和電子受體的界面處，通過(guò)給體和受體之成移動(dòng)的空穴和電子。分離后的空穴和電子成光電壓及光電流，即光伏效應(yīng)。如圖Ｌ１為以下四個(gè)步驟：光吸收產(chǎn)生激子；激子擴(kuò)［１９］。逡逑ｌ－ｎ逡逑

的調(diào)整先后出現(xiàn)了單層肖特基器件、雙層平面異質(zhì)結(jié)器件、本體異質(zhì)結(jié)器件結(jié)構(gòu)逡逑等。逡逑單層肖特基器件結(jié)構(gòu)（如圖１．２ａ），是最早嘗試的有機(jī)太陽(yáng)電池器件結(jié)構(gòu)，逡逑也是最簡(jiǎn)單的器件結(jié)構(gòu)，即單一活性層材料構(gòu)成的電池結(jié)構(gòu)。由于其極弱的電子逡逑空穴分離能力，最終實(shí)現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)化效率遠(yuǎn)小于１％［２＼但是它作為最簡(jiǎn)單的器件逡逑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了光能電能之間的轉(zhuǎn)化，為后來(lái)的研宄奠定了基礎(chǔ)。逡逑雙層平面異質(zhì)結(jié)器件結(jié)構(gòu)（如圖１．２ｂ），在單層結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化，引進(jìn)兩逡逑種有機(jī)半導(dǎo)體（給體和受體）作為活性層材料，形成了受體層給體層構(gòu)成的異質(zhì)逡逑結(jié)結(jié)構(gòu)薄膜器件，轉(zhuǎn)化效率提高到了接近１％，是一個(gè)里程碑式的突破。但是由于逡逑其給受體界面面積有限，一些激子未達(dá)到界面前己經(jīng)湮滅，使其分離效率不能進(jìn)逡逑一步提高。逡逑本體異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)（如圖１．２ｃ）

邐緒論逡逑代表小分子如圖１．５中的ＳＭ３能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到８．９０％［＠。逡逑引達(dá)省并二噻吩類(lèi)型的小分子給體材料：引達(dá)省并二噻吩（ＩＤＴ），具有剛性的邐－逡逑梯形平面結(jié)構(gòu)，以及４個(gè)可以引入烷基或者烷基芳基的位點(diǎn)，不但具有強(qiáng)烈的７１－７１逡逑堆積，具有很高的電荷遷移率，同時(shí)具有非常好的溶解性，以及較低的ＨＯＭＯ，逡逑因此，被廣泛的應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池經(jīng)典小分子有李永舫課題組報(bào)道的逡逑ＳＭ４（如圖邋１．５）邋１５習(xí)。逡逑Ｃ４Ｈ９逡逑Ｐ８Ｈｉ７邐Ｃ８Ｈ１７邐ｊ．逡逑＾邐ｎｃ＾邋ｒｎ邐Ｖ２＂５邐ｓ＾Ｎｉ逡逑＿邐１邐ｃ４ｈ９逡逑ＳＭ１邐ＳＭ２逡逑ＮＳ＇Ｎ邋ＲｓｊＲ邋Ｎ＾＇Ｎ逡逑Ｖ邐Ｆ逡逑ＳＭ３逡逑Ｃ６ＨＪ３邋＾，＾＾３逡逑，ＣｅＨ１３邋ＣｇＨｉ３邐0＝＜＾＊ｌ逡逑Ｖ＾°邐0Ｔ＞邐0６Ｈ１３Ｃ６Ｈｉ３逡逑＾邐Ｃｓ＾ｆ邋Ｃ６Ｈ１３逡逑ＳＭ４逡逑圖１．５小分子ＳＭ１－ＳＭ４的分子結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．５邋Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｓｍａｌｌ邋ｍｏｌｅｃｕｌｅ邋ＳＭ１－ＳＭ４逡逑１．３．２受體材料逡逑受體材料主要包括經(jīng)典的富勒q媸芴宀牧弦約敖改昕脊刈⒌姆歉煥障┚坼義蝦銜錛靶》腫郵芴宀牧�。辶x希保常玻備煥障┦芴宀牧襄義細(xì)煥障┮蚱涔逃械慕細(xì)叩牡繾憂(yōu)ㄒ坡剩牽兀歟茫蓿悖睿蓿鄭鄭保�，作为受体材莲I(xiàn)鈐玨義嫌τ迷誥酆銜鍰裟艿緋氐敝校保擔(dān)叮蓿蕁Ｈ歡淳奘胃男緣母煥障┯捎詬招怨

本文編號(hào)：2786279