本文選題：有機小分子太陽能 + D-A-D型��； 參考：《湘潭大學》2016年碩士論文

【摘要】：與其它應用新能源的方法相比,有機太陽能電池的優(yōu)勢是低成本、輕質(zhì)量等,從而成為新能源發(fā)展的重要方向。本論文闡述了有機太陽能電池及其給體材料的研究現(xiàn)狀,并對于其存在的各種問題,如能量轉(zhuǎn)換效率低等進行了系統(tǒng)分析。設計合成了一類基于異靛藍單元和芘單元和一類基于吡咯并吡咯二酮單元和咔唑單元的D-A-D型小分子光伏材料,通過核磁共振譜和質(zhì)譜等表征了有機中間體和目標化合物的分子結(jié)構(gòu);并研究了這些D-A-D型材料的光物理、電化學、熱穩(wěn)定性;以合成的小分子為給體材料制備本體異質(zhì)結(jié)小分子太陽能電池,研究了材料的光伏性能,取得了如下研究結(jié)果:1)設計并合成了以異靛藍(IID)單元為受體,芘(Py)單元為給體材料的D-A-D型小分子材料IID(Py)2,IID(Ac-Py)2和IID(Th-Py)2,通過在D-A單元之間引入π橋,系統(tǒng)的研究了π橋?qū)τ谛》肿庸夥阅艿挠绊�。與沒有π橋的IID(Py)2相比,含有乙炔基和噻吩基作為π橋的小分子IID(Ac-Py)2和IID(Th-Py)2呈現(xiàn)出了更長的共軛度,顯示了更寬的吸收,更低的HOMO能級,這對于獲得良好的光伏性能是有益的。其中,基于IID(Th-Py)2的本體異質(zhì)結(jié)小分子太陽能電池(BHJ-SMOSCs)的光伏性能最好,其能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)、短路電流(Jsc)、開路電壓(Voc)和填充因子(FF)分別為1.39%、4.10 mA/cm2、1.01 V和33.67%。2)設計并合成了以吡咯并吡咯二酮(DPP)單元為受體,咔唑(Cz)單元為給體的D-A-D型小分子DPP-C12-DCz,DPP-C16-DCz,DPP-C20-DCz,系統(tǒng)的研究了DPP單元酰胺基團上烷基側(cè)鏈長度對小分子光伏性能的影響。研究表明,烷基側(cè)鏈的延長可以很好的改善分子的溶解性,從而影響器件中供受體共混膜的表面形貌和相分離度,最終影響它們的載流子遷移率和PCE值。其中,基于DPP-C16-DCz的本體異質(zhì)結(jié)小分子太陽能電池(BHJ-SMOSCs)的光伏性能最好,其能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)、短路電流(Jsc)、開路電壓(Voc)和填充因子(FF)分別為1.19%、5.09 mA/cm2、0.69V、33.76%。
[Abstract]:Compared with other methods of applying new energy, the advantages of organic solar cells are low cost, light quality and so on, thus becoming an important direction of new energy development. In this paper, the research status of organic solar cells and their donor materials is reviewed, and some problems, such as low energy conversion efficiency, are systematically analyzed. A class of D-A-D small molecule photovoltaic materials based on isoindigo unit and pyrene unit and pyrrolidinone unit and carbazole unit were designed and synthesized. The molecular structures of organic intermediates and target compounds were characterized by NMR and MS, and the photophysical, electrochemical and thermal stability of these D-A-D type materials were studied. The photovoltaic properties of bulk heterojunction small molecule solar cells were studied by using the synthesized small molecules as donor materials. The following results were obtained: 1) the IID-unit was designed and synthesized. The pyrene pyridine unit is a D-A-D type small molecular material IID-Py-PY2 and IID-Th-Pyt2. By introducing 蟺 bridge between D-A units, the effects of 蟺 bridge on the photovoltaic properties of small molecules are systematically studied. Compared with IID(Py)2 without 蟺 -bridge, IID(Ac-Py)2 and IID(Th-Py)2 with acetylene group and thiophene group as 蟺 -bridge show longer conjugation degree, wider absorption and lower HOMO energy level, which is beneficial to obtain good photovoltaic performance. Among them, the bulk heterojunction small molecule solar cell (BHJ-SMOSCs) based on IID(Th-Py)2 has the best photovoltaic performance. Its energy conversion efficiency, short circuit current, open circuit voltage and filling factor are 1.39 Ma / cm ~ 2 1.01 V and 33.67..2), respectively, designed and synthesized with pyrrole pyrrolidine diketone (DPP) unit as its receptor. The effect of the length of alkyl side chain on the photovoltaic properties of D-A-D small molecule DPP-C12-DCz-DPP-C16-DCz-DPP-C16-DCz-DPP-C20-DCz. has been systematically studied by using a small molecule DPP-C12-DCz-DPP-C12-DCz-DPP-C16-DCz-DPP-C16-DCz-DPP-C16-DCz-DPP-C16-DCzC20-DCz. The results show that the prolongation of the alkyl side chain can improve the solubility of the molecules, thus affecting the surface morphology and phase separation degree of the donor receptor blend film, and ultimately affecting their carrier mobility and PCE value. Among them, the bulk heterojunction small molecule solar cell (BHJ-SMOSCs) based on DPP-C16-DCz has the best photovoltaic performance, its energy conversion efficiency is higher than that of the PCEC, the short circuit current is Jsci, the open circuit voltage is Vocabulary, and the filling factor is 1.19 / 5.09 Ma / cm / 20.69 V33.766.
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O626;TM914.4

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