本文關(guān)鍵詞：基于喹喔啉的有機(jī)光伏材料的合成與性能研究

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【摘要】：有機(jī)小分子光伏材料由于具有結(jié)構(gòu)確定、易于制備和提純、易于修飾、重復(fù)性好等特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。理想的光伏材料應(yīng)具備寬而強(qiáng)的光吸收能力,合適的HOMO-LUMO能級(jí),高載流子遷移率和較好的成膜性等特點(diǎn)。喹喔啉(Qx)是一種常見(jiàn)的強(qiáng)吸電子單元(A),它與給電子單元(D)偶聯(lián)之后,易得到窄帶系的化合物,同時(shí)它的共軛結(jié)構(gòu)賦予了它良好的載流子傳輸性能。鑒于此,本文從分子設(shè)計(jì)的角度出發(fā),以Qx為吸電子單元,以三苯胺(TPA)為給電子單元,同時(shí)引入脂肪族側(cè)鏈和烷氧鏈增加分子溶解性,而且將氰基引入共軛橋鍵上,設(shè)計(jì)并合成了一系列D-A-D型有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池光伏材料。通過(guò)核磁共振對(duì)目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,并通過(guò)密度泛函理論計(jì)算、紫外-可見(jiàn)吸收光譜及電化學(xué)等方法研究了有機(jī)小分子材料的光物理和電化學(xué)性能。將合成的材料作為給體材料、PC61BM為受體材料制作溶液過(guò)程有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池,并測(cè)試光伏器件的性能。,測(cè)試結(jié)果表明： (1)D-A-D結(jié)構(gòu)的烷氧基取代的Qx系列材料具有較低的HOMO能級(jí),從而獲得較高的開(kāi)路電壓(Voc),超過(guò)1 V。 (2)脂肪族側(cè)鏈和烷氧鏈的引入能夠增加分子的溶解性,但也影響分子的平面性,從而導(dǎo)致較低的短路電流密度(Jsc)。(3)引入雙鍵氰基和碳碳三鍵能夠有效降低材料的HOMO能級(jí),從而得到較高的Voc。(4)在一系列D-A-D型的Qx材料中,TPACNTQx表現(xiàn)出最好的光伏性能：光電轉(zhuǎn)化效率(PCE)為6.25%,Voc為0.95 V, Jsc為14.08 mA·cm-2,填充因子為47%。這組器件測(cè)試結(jié)果是目前基于Qx和TPA單元的小分子材料的最高值。本論文研究表明,材料的分子設(shè)計(jì)對(duì)于獲得穩(wěn)定性好、光伏效率高的有機(jī)小分子光伏材料是至關(guān)重要的。本文討論了三苯胺對(duì)分子光伏性能的影響,比較了不同橋鍵的引入對(duì)材料性能的影響,分析了脂肪族側(cè)鏈和烷氧鏈取代對(duì)分子溶解性和平面性的影響,評(píng)價(jià)了氰基基團(tuán)穩(wěn)定分子能級(jí)的能力。本研究對(duì)基于Qx單元的有機(jī)小分子光伏材料的設(shè)計(jì)具有較大的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：喹喔啉 三苯胺 小分子 有機(jī)光伏材料
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-29
• 1.1 太陽(yáng)能的利用和太陽(yáng)能電池的發(fā)展9
• 1.2 太陽(yáng)能電池的分類(lèi)9-10
• 1.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介10-13
• 1.3.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)10-11
• 1.3.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的工作原理11-12
• 1.3.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能表征12-13
• 1.4 有機(jī)太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)原則13-18
• 1.4.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池受體材料13-15
• 1.4.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池給體材料的設(shè)計(jì)15-18
• 1.5 溶液過(guò)程的有機(jī)小分子給體材料18-27
• 1.5.1 有機(jī)聚合物給體材料18-20
• 1.5.2 寡聚噻吩類(lèi)有機(jī)小分子給體材料20-22
• 1.5.3 三苯胺類(lèi)有機(jī)小分子給體材料22-23
• 1.5.4 吡咯并吡咯二酮類(lèi)有機(jī)小分子給體材料23-26
• 1.5.5 喹喔啉類(lèi)有機(jī)小分子給體材料26-27
• 1.6 選題思路與研究?jī)?nèi)容27-29
• 2 實(shí)驗(yàn)部分29-44
• 2.1 儀器與試劑29-31
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器29
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品29-31
• 2.2 原料的預(yù)處理31
• 2.3 有機(jī)小分子光伏材料的合成31-43
• 2.3.1 喹喔啉吸電子單元的合成31-36
• 2.3.2 三苯胺給電子單元的合成36-41
• 2.3.3 有機(jī)小分子光伏材料的合成41-43
• 2.4 BHJ光伏器件的制作過(guò)程43-44
• 3 結(jié)果與討論44-55
• 3.1 合成與表征44
• 3.2 理論計(jì)算44-46
• 3.3 光學(xué)性質(zhì)46-49
• 3.4 電化學(xué)性質(zhì)49-51
• 3.5 器件測(cè)試51-55
• 結(jié)論55-56
• 參考文獻(xiàn)56-63
• 附錄A 終產(chǎn)物的表征63-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況70-71
• 致謝71-72

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