本文關(guān)鍵詞：可溶液加工的芳香稠環(huán)電子受體

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【摘要】：太陽能電池通過光伏效應將太陽能轉(zhuǎn)換為電能,是當前合理利用太陽能的重要形式。相對于傳統(tǒng)無機太陽能電池,有機太陽能電池具有成本低、重量輕、柔性、可大面積制備等優(yōu)點,具有良好的發(fā)展前景。有機太陽能電池的光伏材料可分為給體材料和受體材料。目前有機太陽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,而且在可見光及近紅外區(qū)域的吸收很弱,很難通過分子結(jié)構(gòu)設計調(diào)控能級和吸收。在有機太陽能電池中,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)、引達醒(IDT)和吡咯酮(DPP)等有機半導體材料單元,設計并合成了多個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、電化學、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、引達醒)的方法,合成三個萘酰亞胺衍生物,化合物1-3在紫外可見光區(qū)都具有較好的吸收,合適的電化學能級,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,光學帶隙依次減小,化合物的LUMO能級逐漸降低,而HOMO能級逐漸升高。將這些化合物作為電子受體材料與經(jīng)典聚合物給體P3HT共混制備有機太陽能電池器件,以大共軛稠環(huán)引達醒為橋聯(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.設計合成了一種高度平面性的稠環(huán)電子受體材料IC-C6IDT-IC,該化合物在可見光區(qū)500-800 nm范圍內(nèi)有強吸收光譜,摩爾消光系數(shù)高達2.4×105M-1cm-1,電子遷移率高達1.1×10-3cm2 V-1 s-1,HOMO和LUMO能級分別為-5.69 eV和-3.91 eV,和一些高性能聚合物給體能級匹配�；诨衔颕C-C6IDT-IC的本體異質(zhì)結(jié)有機太陽能電池,光電轉(zhuǎn)化效率高達8.71%,是目前在不經(jīng)過任何后處理的情況下,基于非富勒烯受體聚合物太陽能電池的效率最高值。與稠環(huán)電子受體應當具有扭曲結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)觀念不同,該實驗結(jié)果說明平面性好的分子也可以作為電子受體材料應用于有機太陽能電池中。3.合成一種基于七并引達醒單元的非富勒烯電子受體材料ITIC-Th,該材料在可見光區(qū)和近紅外區(qū)有較強的吸收,具有較高的電子遷移率,能級可與窄帶隙給體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,可以保證高效的載流子傳輸。以PTB7-Th與ITIC-Th共混制備有機太陽能電池器件,光電轉(zhuǎn)化效率可達8.7%。相對PTB7-Th而言,PDBT-T1有更低的HOMO能級,與ITIC-Th更互補的光譜吸收,基于PDBT-T1:ITIC-Th的有機太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率高達9.6%,是當時所報道的基于非富勒烯受體有機太陽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可見光區(qū)范圍內(nèi)有強的光譜吸收,摩爾消光系數(shù)達1.44×105M-1 cm-1。TPE-DPP4表現(xiàn)出準三維的分子結(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,有利于分子內(nèi)的電子傳輸�；衔锏腍OMO和LUMO能級分別為-5.31 eV和-3.68 eV,可以和一些聚合物給體如P3HT等相匹配。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O625.15

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