本文關(guān)鍵詞：螺芴為核的吡咯并吡咯二酮類非富勒烯型受體材料的合成及光伏應(yīng)用

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【摘要】：富勒烯及其衍生物由于較高的電子遷移率和與給體良好的相分離效果等優(yōu)點在有機太陽能電池受體材料中一直占據(jù)主導(dǎo)地位。然而,鑒于它們提純困難、價格昂貴、在紫外可見光區(qū)域的光吸收不強和能級相對固定等缺點,限制了其在光伏領(lǐng)域的大面積商業(yè)化應(yīng)用。因此,科學(xué)家逐漸將目光投向了具有電子傳傳輸性能的非富勒烯型小分子受體材料。由于有機合成方法及基團的多樣性,可以實現(xiàn)能級和吸收光譜的靈活調(diào)控,此類小分子受體的研究正日益受到人們的關(guān)注。大量的研究證實,非平面結(jié)構(gòu)的小分子受體有利于抑制自身聚集及結(jié)晶,并易于與給體材料形成良好的相分離,從而大大改善光伏性能。近年來,吡咯并吡咯二酮(DPP)類的小分子受體材料由于具有相對較高的LUMO能級和強的吸光性能,引起了科學(xué)家的廣泛興趣。然而,絕大部分光電效率在2%以下�；谶@些考慮,我們在DPP類小分子受體中引入非平面結(jié)構(gòu)的螺芴為核,設(shè)計合成了分別以單鍵和三鍵相連的兩個系列新型非富勒烯型DPP類小分子受體材料SF-DPP和SF-A-DPP。為了詳細考察DPP單元中烷基鏈對材料的結(jié)晶和與P3HT的共混膜的影響,我們分別在兩個系列中,在DPP上以不同的烷基鏈枝接,即異辛基(EH),正辛基(C8H17)和正十二烷基(C12H25),共得到六個不同烷基修飾的分子,即SF-DPP(SF-DPPEH,SF-DPPC8和SF-DPPC12)和SF-A-DPP(SF-A-DPPEH,SF-A-DPPC8和SF-A-DPPC12)。研究表明,兩個系列的小分子受體的光譜和電化學(xué)性能相差不明顯。相對于SF-A-DPP系列,SF-DPP系列的結(jié)晶性能和與給體材料(P3HT)的相分離效果要好,導(dǎo)致其光伏性能更優(yōu)越。而對這兩個系列的分子而言,烷基鏈對他們的性能也有明顯的影響:異辛基因為具有一定的位阻,能一定程度上阻礙其本身的結(jié)晶,帶有直鏈的烷基的更容易結(jié)晶。但是,P3HT/SF-DPPEH形成的相分離(10-20 nm)最好,因此它的光伏性能比其他兩個(P3HT/SF-DPPC8和P3HT/SF-DPPC12)要好很多。經(jīng)過就簡單地120°退火10min,P3HT/SF-DPPEH光電轉(zhuǎn)化效率能達到3.63%。目前文獻報道的以P3HT為給體材料最高的效率為4.1%。從以上可以看出,對DPP類小分子受體材料引入螺芴結(jié)構(gòu),能有效地改善其與P3HT的共混膜的形態(tài),從而大大提高器件的光伏性能。
【關(guān)鍵詞】：有機太陽能電池 非富勒烯型受體 螺芴 吡咯并吡咯二酮
【學(xué)位授予單位】：杭州師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O626.13;TM914.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-41
• 1.1 引言11-13
• 1.2 有機太陽能電池簡介13-17
• 1.2.1 有機太陽能電池器件結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2.2 有機太陽能電池的工作原理14-16
• 1.2.3 有機太陽能電池的主要參數(shù)16-17
• 1.3 有機太陽能電池小分子受體材料17-38
• 1.3.1 富勒烯類小分子受體材料17-25
• 1.3.1.1 PCBM17-19
• 1.3.1.2 苯基替換的PCBM19-21
• 1.3.1.3 橋聯(lián)原子替換的PCBM21
• 1.3.1.4 酯基修飾的PCBM21-23
• 1.3.1.5 多加成修飾的PCBM23-25
• 1.3.2 非富勒烯型小分子受體材料25-38
• 1.3.2.1 傒酰亞胺、萘酰亞胺類26-32
• 1.3.2.2 熒蒽稠環(huán)酰亞胺類32
• 1.3.2.3 吡咯并吡咯二酮衍生物32-35
• 1.3.2.4 苯并噻二唑類35-36
• 1.3.2.5 其他結(jié)構(gòu)受體材料36-38
• 1.4 本文立題思想及意義38-41
• 第二章 螺芴為核的DPP類小分子受體材料的合成與表征41-59
• 2.1 引言41
• 2.2 化學(xué)試劑及純化41-43
• 2.2.1 化學(xué)試劑41-42
• 2.2.2 溶劑的純化42-43
• 2.3 測試儀器43-45
• 2.4 關(guān)鍵中間體的合成與表征45-51
• 2.4.1 四乙炔基螺芴(SF-A)和螺芴四硼酸酯(SF-B)的合成45-46
• 2.4.2 單溴取代吡咯并吡咯二酮(Br-DPP)的合成46-47
• 2.4.3 關(guān)鍵中間體的合成討論與表征47-51
• 2.5 SF-A-DPP和SF-DPP的合成與表征51-58
• 2.5.1 SF-A-DPP和SF-DPP的合成51-54
• 2.5.2 SF-A-DPP和SF-DPP的合成討論與表征54-58
• 2.6 本章小結(jié)58-59
• 第三章 以螺芴為核的DPP類小分子受體材料的性能59-83
• 3.1 幾何構(gòu)型59-62
• 3.2 光學(xué)性能62-64
• 3.3 電化學(xué)性質(zhì)64-67
• 3.4 熱力學(xué)性質(zhì)67-69
• 3.5 光伏器件的制備與性能69-74
• 3.5.1 光伏器件的制備69
• 3.5.2 器件的優(yōu)化及性能69-74
• 3.6 器件結(jié)果討論與分析74-82
• 3.6.1 共混膜的紫外光譜74-75
• 3.6.2 外量子效率75-76
• 3.6.3 薄膜熒光76-78
• 3.6.4 電子遷移率78-79
• 3.6.5 光敏層的形態(tài)79-82
• 3.7 本章小結(jié)82-83
• 第四章 全文總結(jié)與展望83-85
• 參考文獻85-99
• 附錄99-105
• 碩士期間研究成果105

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1 范利生;金波;彭汝芳;梁華;李麗;李建營;劉強強;楚士晉;;新型聚合物太陽能電池電子受體材料的制備及熱穩(wěn)定性[J];精細化工;2013年03期

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1 吳曉峰;螺芴為核的吡咯并吡咯二酮類非富勒烯型受體材料的合成及光伏應(yīng)用[D];杭州師范大學(xué);2015年

2 張超;新型富勒烯吡咯類受體材料的合成與性質(zhì)研究[D];華中師范大學(xué);2012年

3 湯雅蕓;含可交聯(lián)基團的本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池材料的合成與研究[D];南京郵電大學(xué);2011年

4 郝亞敏;碳銀復(fù)合材料的制備及在聚合物太陽能電池受體材料中的應(yīng)用[D];太原理工大學(xué);2015年

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本文編號：646362