發(fā)布時間：2020-11-03 12:16

　　 隨著人類現(xiàn)代化的快速發(fā)展,能源短缺和環(huán)境污染問題日益突出,利用太陽能發(fā)電是解決能源問題的有效途徑。有機(jī)太陽電池由于具有柔性、質(zhì)量輕、可溶液加工、成本低等優(yōu)點近年來得到了人們的廣泛重視。三元有機(jī)太陽電池由于其活性層各組分之間吸收互補(bǔ),因此可以更加充分地利用太陽光,此外制備工藝也很簡單,表現(xiàn)出了很大的商業(yè)化應(yīng)用前景。卟啉因其平面性好,易修飾及吸光能力強(qiáng)等特點廣泛應(yīng)用于制備有機(jī)光伏材料,表現(xiàn)出了優(yōu)異的光伏性能。本論文的主要工作是圍繞苯并噻二唑和卟啉類給體材料的設(shè)計合成、性能研究及其在有機(jī)太陽電池中的應(yīng)用展開的。在第二章中,我們以強(qiáng)的吸電單元2,1,3-苯并噻二唑為核,3-辛基羅丹寧作為端基,不同長度的噻吩為π橋,設(shè)計合成了三個新型的A-π-A-π-A小分子,結(jié)果表明π橋的長度對分子的能級,π-π聚集和電子推-拉效應(yīng)有很大的影響。盡管這幾個分子分別與PC_(71)BM和PTB7制備二元器件時效率很低,但用于制備三元器件時,基于BT2TR和BT3TR的三元器件分別取得了9.30%和9.21%的效率,相比于PTB7:PC_(71)BM的二元器件效率提高了17%和15%,表明A-π-A-π-A小分子有很大的應(yīng)用前景。在第三章中,我們用苯并二噻吩二酮作為吸電單元通過炔鍵與卟啉環(huán)橋聯(lián),設(shè)計合成了D-A,A-D-A和D-A-D構(gòu)型的三個中寬帶隙的卟啉分子,系統(tǒng)地研究了構(gòu)型的變化對分子的紫外吸收特性,電化學(xué)性能和光伏性能的影響,結(jié)果表明A-D-A構(gòu)型的分子具有最強(qiáng)的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)和最好的光伏性能。在第四章中,我們將不同數(shù)量的氟原子引入到卟啉側(cè)基,探討了氟的引入對卟啉小分子的聚集、能級和吸收光譜的影響。氟原子可以有效降低分子的能級,使開路電壓從0.72 V提高到了0.85 V;此外,不會減弱分子對太陽光的吸收能力。在第五章中,我們設(shè)計合成出了對太陽光吸收邊限達(dá)到1000 nm的雙卟啉分子,探究了分子的共軛長度對分子的聚集方式、吸收光譜和熒光光譜的影響。在保證溶解的前提下,減小吡啶的添加量和使用低功函數(shù)的陰極對器件性能有積極的影響,基于BT2PTR的器件經(jīng)過SVA處理后效率提高到了5.62%,電流達(dá)到了15.02 mA cm~(-2)。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB34;TM914.4
【部分圖文】：

圖 1-1 有機(jī)太陽電池的基本結(jié)構(gòu)1.2.2 有機(jī)太陽電池的工作原理如圖 1-2 所示，有機(jī)太陽電池的工作原理一般可分為以下四個過程：（1）激子產(chǎn)生。在光照條件下，活性層（給體和/或受體）吸收光子能量后會使基態(tài)的電子被激發(fā)產(chǎn)生躍遷即形成激子。從前線軌道理論的角度來說，電子的這種躍遷是指電子從最高占據(jù)分子軌道（HOMO）向最低未占分子軌道（HOMO）躍遷。與無機(jī)太陽電池經(jīng)過光照直接產(chǎn)生自由移動的電子和空穴的工作機(jī)理不同，由于有機(jī)太陽電池的活性層材料分子間作用力遠(yuǎn)小于無機(jī)半導(dǎo)體材料，且介電常數(shù)也很�。ú淮笥� 3），受光照產(chǎn)生的激子不會直接發(fā)生解離而是以受束縛的空穴-電子對形式存在[26]。有機(jī)活性層對太陽光吸收能力直接決定了激子的產(chǎn)量，因此從材料選擇上來說，需要選用對太陽光吸收光譜范圍寬，吸收系數(shù)大的材料制備活性層。

擴(kuò)散到 D-A 界面發(fā)生解離是指電子會轉(zhuǎn)移到受體的 LUMO 能級，而空穴仍然留在給的 HOMO 能級；而對于受體中產(chǎn)生的激子解離是指空穴會轉(zhuǎn)移到給體的 HOMO 能，而電子會繼續(xù)留在受體的 LUMO 能級上。一般來說，要求給體的 LUMO 和 HOMO級要大于受體相對應(yīng)的能級（一般大于 0.3 eV），這樣 D-A 產(chǎn)生的界面電勢就會大于子的結(jié)合能，從而實現(xiàn)激子的順利解離。（4）電荷傳輸與收集。由于陰極和陽極功函數(shù)的差異，會在電池內(nèi)部形成內(nèi)建電場，電子和空穴在這種內(nèi)電場的作用下可分別沿著連續(xù)的受體和給體相形成的通道傳輸?shù)较鄳?yīng)的電極，被電極集后產(chǎn)生光伏效應(yīng)。為了避免電荷和空穴在傳輸過程中發(fā)生復(fù)合，需要活性層形成互網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的相分離，同時還要保證給體和受體材料都要有較高且平衡的遷移率。另外，了進(jìn)一步提高電荷的傳輸要求陽極有較高的功函而陰極有較低的功函，這樣才能形成夠大的內(nèi)建電場。同時要盡可能避免界面之間產(chǎn)生附加阻抗，需要活性層與電極之間成歐姆接觸，以提高電荷收集效率[28]

圖 1-3 OSCs 典型的 J-V 曲線示意圖陽電池材料的發(fā)展歷程類物是綠色植物構(gòu)建葉綠素不可或缺的部分，在植物光合作用中發(fā)從上世紀(jì)八十年代初開始，科研工作者們就開始設(shè)計合成含有多
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄭廣進(jìn);黃歡;;含苯并咪唑環(huán)的1,3,4-噻二唑酰胺衍生物的合成與抑菌活性[J];農(nóng)藥學(xué)學(xué)報;2017年04期

2 馬成章;黃紹軍;李超;;1,3,4-噻二唑衍生物的合成與應(yīng)用[J];廣州城市職業(yè)學(xué)院學(xué)報;2016年02期

3 劉瑋煒;劉秀堅;殷龍;程峰昌;;1,3,4-噻二唑衍生物合成及其生物活性研究進(jìn)展[J];化學(xué)通報;2016年10期

4 李文有;宋勇;陳宏博;楊文龍;徐晶;;新型1,3,4-噻二唑衍生物的合成[J];合成化學(xué);2014年02期

5 郝琳;劉俊寶;陳建平;魯源;;2-甲基-5,7-二氧代-1,3,4-噻二唑[3,2-a]并嘧啶及其衍生物的合成[J];化學(xué)試劑;2013年12期

6 王守信;左翔;范志金;張正財;張聚方;熊麗霞;付一峰;房震;吳青君;張友軍;;1,2,3-噻二唑聯(lián)1,3,4-噻二唑衍生物的合成及生物活性研究[J];有機(jī)化學(xué);2013年11期

7 詹秀環(huán);常云霞;王子云;陳龍;;三種噻二唑衍生物對小麥幼苗生理特性的影響[J];湖北農(nóng)業(yè)科學(xué);2012年14期

8 李滿林;魏太保;李榮華;尚冰冰;;1,3,4-噻二唑-2,5-二硫乙酰芳胺的合成及其抑菌性能研究[J];西北林學(xué)院學(xué)報;2011年01期

9 李紅燕;繆穎;倪楊娟;郭海昌;;2-溴-1,3,4-噻二唑的合成[J];浙江化工;2009年02期

10 周艷芬;陳宏博;;1,3,4-噻二唑及其衍生物的研究進(jìn)展[J];化工中間體;2009年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 蔣劍霞;吡啶噻二唑為構(gòu)筑基元的給受體型深紅及近紅外熒光分子的合成、表征與光電性質(zhì)研究[D];華南理工大學(xué);2018年

2 曹先婷;構(gòu)建含1,2,4-噻二唑骨架的新方法及抗菌等活性研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2018年

3 汪磊;苯并噻二唑及四苯基乙烯類熒光衍生物的合成與生物應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2018年

4 王守信;1，2，3-噻二唑衍生物的合成、表征及生物活性[D];天津大學(xué);2011年

5 申小清;噻二唑類及羧酸類配位化合物的合成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究[D];東北師范大學(xué);2006年

6 關(guān)鵬;噻二唑類組蛋白去乙�；敢种苿┑慕Y(jié)構(gòu)修飾與改造[D];山東大學(xué);2014年

7 王儲;基于受體苯并噻二唑、萘并噻二唑的有機(jī)熒光小分子的設(shè)計合成及光物理性質(zhì)和電致發(fā)光性能研究[D];吉林大學(xué);2016年

8 毛武濤;具誘導(dǎo)抗病活性的農(nóng)藥先導(dǎo)優(yōu)化及生物活性[D];天津大學(xué);2013年

9 涂國剛;1，3，4-噻二唑類氨肽酶N抑制劑的設(shè)計、合成及活性研究[D];山東大學(xué);2009年

10 張安將;均三唑并噻二唑和均三唑并噻二嗪型稠雜環(huán)化合物的合成及波譜研究[D];四川大學(xué);2003年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 袁海燕;1,3,4—噻二唑衍生物和含氮雜環(huán)金屬配合物的合成及生物活性研究[D];南寧師范大學(xué);2019年

2 張偉楠;新型噻二唑類稠雜環(huán)化合物的合成[D];渤海大學(xué);2019年

3 方海鵬;基于苯并噻二唑D-A型兩類液晶化合物的合成、自組裝及光電性質(zhì)研究[D];云南大學(xué);2018年

4 祝蓓;苯并噻二唑和卟啉類給體小分子的設(shè)計合成及光伏性能研究[D];華南理工大學(xué);2019年

5 彭雄偉;偶氮噻二唑Polycatenar分子、四聯(lián)噻吩兩親分子和三嗪楔形分子的設(shè)計、合成及自組裝研究[D];云南大學(xué);2017年

6 馬科;苯并噻二唑基四氮唑配合物的原位合成及其對pH等外部環(huán)境響應(yīng)的研究[D];鄭州大學(xué);2019年

7 劉海穎;基于1,3,4-噻二唑的二硫醚衍生物的合成及其生物活性研究[D];天津理工大學(xué);2019年

8 方成;基于苯并噻二唑紅光材料的光物理性質(zhì)和電致發(fā)光性質(zhì)的研究[D];武漢工程大學(xué);2018年

9 何文靜;1,3,4-噻二唑類介離子衍生物的設(shè)計合成及其生物活性研究[D];貴州大學(xué);2019年

10 高佩麗;聯(lián)二噻吩橋連苯并噻二唑聚合物的合成及光伏性能研究[D];蘭州交通大學(xué);2018年

本文編號：2868557