本文關(guān)鍵詞：可溶液加工的芳香稠環(huán)電子受體

  更多相關(guān)文章： 有機(jī)太陽(yáng)能電池 溶液加工 非富勒烯受體

【摘要】：太陽(yáng)能電池通過(guò)光伏效應(yīng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能,是當(dāng)前合理利用太陽(yáng)能的重要形式。相對(duì)于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池,有機(jī)太陽(yáng)能電池具有成本低、重量輕、柔性、可大面積制備等優(yōu)點(diǎn),具有良好的發(fā)展前景。有機(jī)太陽(yáng)能電池的光伏材料可分為給體材料和受體材料。目前有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層的受體材料主要是富勒烯衍生物。但是富勒烯受體材料成本較高,分離提純較難,而且在可見(jiàn)光及近紅外區(qū)域的吸收很弱,很難通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)控能級(jí)和吸收。在有機(jī)太陽(yáng)能電池中,電子受體材料與電子給體材料具有同樣重要的地位,但是其發(fā)展仍然要落后于電子給體材料,所以開(kāi)發(fā)新型非富勒烯受體材料很有必要。本論文選取萘酰亞胺(NMI)、引達(dá)醒(IDT)和吡咯酮(DPP)等有機(jī)半導(dǎo)體材料單元,設(shè)計(jì)并合成了多個(gè)可溶液加工的芳香稠環(huán)非富勒烯電子受體材料,研究了它們的光學(xué)、電化學(xué)、電荷傳輸?shù)然拘再|(zhì)及其光伏性能。主要內(nèi)容及研究結(jié)果如下：1.通過(guò)打斷花二酰亞胺主干,插入不同共軛程度單元(單鍵、噻吩、引達(dá)醒)的方法,合成三個(gè)萘酰亞胺衍生物,化合物1-3在紫外可見(jiàn)光區(qū)都具有較好的吸收,合適的電化學(xué)能級(jí),隨著共軛單元的增大,吸收光譜依次紅移,摩爾消光系數(shù)依次增大,光學(xué)帶隙依次減小,化合物的LUMO能級(jí)逐漸降低,而HOMO能級(jí)逐漸升高。將這些化合物作為電子受體材料與經(jīng)典聚合物給體P3HT共混制備有機(jī)太陽(yáng)能電池器件,以大共軛稠環(huán)引達(dá)醒為橋聯(lián)單元的化合物3光伏性能最好,光電轉(zhuǎn)化效率為2.36%。2.設(shè)計(jì)合成了一種高度平面性的稠環(huán)電子受體材料IC-C6IDT-IC,該化合物在可見(jiàn)光區(qū)500-800 nm范圍內(nèi)有強(qiáng)吸收光譜,摩爾消光系數(shù)高達(dá)2.4×105M-1cm-1,電子遷移率高達(dá)1.1×10-3cm2 V-1 s-1,HOMO和LUMO能級(jí)分別為-5.69 eV和-3.91 eV,和一些高性能聚合物給體能級(jí)匹配。基于化合物IC-C6IDT-IC的本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池,光電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)8.71%,是目前在不經(jīng)過(guò)任何后處理的情況下,基于非富勒烯受體聚合物太陽(yáng)能電池的效率最高值。與稠環(huán)電子受體應(yīng)當(dāng)具有扭曲結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)觀念不同,該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明平面性好的分子也可以作為電子受體材料應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池中。3.合成一種基于七并引達(dá)醒單元的非富勒烯電子受體材料ITIC-Th,該材料在可見(jiàn)光區(qū)和近紅外區(qū)有較強(qiáng)的吸收,具有較高的電子遷移率,能級(jí)可與窄帶隙給體PTB7-Th和寬帶隙給體PDBT-T1相匹配。基于PTB7-Th:ITIC-Th和PDBT-T1:ITIC-Th共混膜都具有較高的遷移率,且空穴遷移率與電子遷移率相當(dāng),可以保證高效的載流子傳輸。以PTB7-Th與ITIC-Th共混制備有機(jī)太陽(yáng)能電池器件,光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)8.7%。相對(duì)PTB7-Th而言,PDBT-T1有更低的HOMO能級(jí),與ITIC-Th更互補(bǔ)的光譜吸收,基于PDBT-T1:ITIC-Th的有機(jī)太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)9.6%,是當(dāng)時(shí)所報(bào)道的基于非富勒烯受體有機(jī)太陽(yáng)能電池器件效率最高值。4.以四苯基乙烯為核,吡咯酮為臂合成了三維星型電子受體材料TPE-DPP4,該分子在450-650 nm可見(jiàn)光區(qū)范圍內(nèi)有強(qiáng)的光譜吸收,摩爾消光系數(shù)達(dá)1.44×105M-1 cm-1。TPE-DPP4表現(xiàn)出準(zhǔn)三維的分子結(jié)構(gòu),分子間相互作用力弱,有效抑制分子聚集,促進(jìn)與給體的混合�；衔锟臻g扭曲和類似各向同性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),有利于分子內(nèi)的電子傳輸�；衔锏腍OMO和LUMO能級(jí)分別為-5.31 eV和-3.68 eV,可以和一些聚合物給體如P3HT等相匹配。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O625.15

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 段曉菲,王金亮,毛景,裴堅(jiān);有機(jī)太陽(yáng)能電池材料的研究進(jìn)展[J];大學(xué)化學(xué);2005年03期

2 任斌;賴樹(shù)明;陳衛(wèi);黃河;;有機(jī)太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2006年09期

3 錢伯章;;高效有機(jī)太陽(yáng)能電池[J];橡塑技術(shù)與裝備;2008年04期

4 周洪英;;科學(xué)家有望開(kāi)發(fā)出低成本性能卓越的有機(jī)太陽(yáng)能電池[J];功能材料信息;2010年Z1期

5 ;最輕薄有機(jī)太陽(yáng)能電池問(wèn)世[J];化工中間體;2012年04期

6 錢伯章;;最薄最輕的有機(jī)太陽(yáng)能電池[J];國(guó)外塑料;2012年03期

7 ;德國(guó)企業(yè)創(chuàng)立了有機(jī)太陽(yáng)能電池效率世界新高[J];功能材料信息;2013年02期

8 賀素姣;;有機(jī)太陽(yáng)能電池材料與器件的研究進(jìn)展[J];化工技術(shù)與開(kāi)發(fā);2013年09期

9 劉佩華,田禾;有機(jī)太陽(yáng)能電池材料近期進(jìn)展(上)[J];上�；�;1999年11期

10 劉佩華,田禾;有機(jī)太陽(yáng)能電池材料近期進(jìn)展(下)[J];上�；�;1999年12期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 范斌;田清勇;白華;;可溶性小分子有機(jī)太陽(yáng)能電池[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

2 杝隆建;杝正_7;李宜璇;;可撓式有機(jī)太陽(yáng)能電池之發(fā)展技術(shù)[A];海峽兩岸第十六屆照明科技與營(yíng)銷研討會(huì)專題報(bào)告暨論文集[C];2009年

3 劉艷;曾慶華;張憲璽;姜建壯;;卟啉、酞菁類有機(jī)太陽(yáng)能電池材料的研究進(jìn)展[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第二十五屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集（下冊(cè)）[C];2006年

4 陳濤;仰志斌;彭慧勝;;基于碳納米管纖維的有機(jī)太陽(yáng)能電池[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

5 仰志斌;陳濤;何瑞旋;彭慧勝;;基于取向碳納米管膜的柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

6 張堅(jiān);楊棟;周玲玉;陳令成;趙斌;李燦;;化學(xué)改性氧化石墨烯作為有機(jī)太陽(yáng)能電池空穴傳輸層[A];2012年兩岸三地高分子液晶態(tài)與超分子有序結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)研討會(huì)（暨第十二屆全國(guó)高分子液晶態(tài)與超分子有序結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)論文報(bào)告）會(huì)議論文集[C];2012年

7 趙儀;;有機(jī)太陽(yáng)能電池中的相干電荷和能量轉(zhuǎn)移[A];第十三屆全國(guó)化學(xué)動(dòng)力學(xué)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2013年

8 唐衛(wèi)華;海杰峰;朱恩偉;卞臨沂;;有機(jī)太陽(yáng)能電池用的二維窄帶隙聚合物研究[A];2013年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集——主題G：光電功能高分子[C];2013年

9 易院平;韓廣超;沈星星;;有機(jī)太陽(yáng)能電池電子過(guò)程的理論模擬[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第17分會(huì)：光電功能器件[C];2014年

10 馬廷麗;;柔性及疊層薄膜有機(jī)太陽(yáng)能電池研究[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 記者 顧鋼;德支持企業(yè)開(kāi)發(fā)有機(jī)太陽(yáng)能電池[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

2 記者 毛黎;美評(píng)估有機(jī)太陽(yáng)能電池對(duì)環(huán)境的影響[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

3 本報(bào)駐美國(guó)記者 田學(xué)科;突破有機(jī)太陽(yáng)能電池技術(shù)瓶頸[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

4 劉霞;控制電子自旋可提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

5 記者 邰舉;疊層型有機(jī)太陽(yáng)能電池接近商用[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

6 蔡佳;美國(guó)研發(fā)可拉伸有機(jī)太陽(yáng)能電池[N];中國(guó)建材報(bào);2011年

7 華凌;小分子有機(jī)太陽(yáng)能電池增效50%[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

8 本版編輯邋張浩 鄭曉春 鄧國(guó)慶 毛黎 何屹 顧鋼 何永晉;2007年世界科技發(fā)展回顧(七)[N];科技日?qǐng)?bào);2008年

9 記者 馬悍德;青海有機(jī)太陽(yáng)能電池研發(fā)獲重大進(jìn)展[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

10 記者 賈明;青海有機(jī)太陽(yáng)能電池研發(fā)取得重大進(jìn)展[N];青海日?qǐng)?bào);2014年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 許美鳳;高效穩(wěn)定的有機(jī)太陽(yáng)能電池的界面研究[D];蘇州大學(xué);2015年

2 劉小銳;幾種有機(jī)太陽(yáng)能電池供體材料的光伏性能[D];西南大學(xué);2015年

3 黨東鋒;含噻吩或噻吩稠環(huán)單元的有機(jī)光伏材料的合成及其性能研究[D];湘潭大學(xué);2015年

4 徐偉龍;有機(jī)太陽(yáng)能電池微納結(jié)構(gòu)及光物理特性研究[D];山東大學(xué);2016年

5 聶日明;透明陰極界面修飾及其在有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件中的應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

6 陳大正;反轉(zhuǎn)有機(jī)太陽(yáng)能電池器件優(yōu)化與穩(wěn)定性研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

7 王之哲;新型有機(jī)太陽(yáng)能電池中銀薄膜電極研究與應(yīng)用[D];西安電子科技大學(xué);2015年

8 于偉利;電沉積制備聚噻吩有序微結(jié)構(gòu)及有機(jī)太陽(yáng)能電池[D];吉林大學(xué);2009年

9 喬芬;基于聚合物的有機(jī)太陽(yáng)能電池的研制與表征[D];大連理工大學(xué);2010年

10 陳向東;有機(jī)太陽(yáng)能電池中的光物理過(guò)程研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2010年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 史紹華;有機(jī)太陽(yáng)能電池中電極修飾的研究[D];大連理工大學(xué);2012年

2 蔡倫;有機(jī)太陽(yáng)能電池中光電流—溫度特性的研究[D];西南大學(xué);2015年

3 付智勇;有機(jī)太陽(yáng)能電池D-A型供受體材料的理論研究[D];西南大學(xué);2015年

4 蔡佳林;利用飛秒瞬態(tài)時(shí)間分辨率吸收光譜對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化機(jī)理研究[D];河北大學(xué);2015年

5 李盼盼;含傒二酰亞胺(PDIs)單元的有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成、表征及其應(yīng)用[D];上海師范大學(xué);2015年

6 張旋;PIN型有機(jī)太陽(yáng)能電池光學(xué)特性的數(shù)值模擬[D];西安石油大學(xué);2015年

7 豐艷婷;有機(jī)太陽(yáng)能電池中光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移的理論研究[D];遼寧大學(xué);2015年

8 萬(wàn)瑛博;富勒烯二加成衍生物的核磁共振波譜研究[D];蘇州大學(xué);2015年

9 徐曉娟;有機(jī)太陽(yáng)能電池/有機(jī)—無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的模擬[D];蘇州大學(xué);2015年

10 李萌;基于聚噻吩及富勒烯衍生物材料有機(jī)太陽(yáng)能電池光電性能研究[D];河南師范大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：1169724