發(fā)布時間：2017-07-18 05:28

  本文關鍵詞：非富勒烯小分子受體材料的研究及光伏應用

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【摘要】：富勒烯及其衍生物因具有較好的電子親合性、高的電子遷移率和各向同性的電荷傳輸性能等優(yōu)點成為有機太陽電池領域里占主導地位的受體。然而,其較寬的帶隙、制備時提純困難、價格昂貴、能級不易調(diào)節(jié)等問題限制了其工業(yè)化應用以及有機太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)的進一步提高。因此,制備結構簡單、合成方便、具有較寬的光吸收范圍的非富勒烯受體材料顯得非常重要�；谶@些考慮,本論文從分子設計的角度出發(fā),分別以異靛藍和吡咯并吡咯二酮為吸電子單元,通過D-A作用構建了不同結構的非富勒烯小分子受體材料。具體工作有：1.設計合成了以環(huán)戊雙噻吩(CPDT)為核、兩邊異靛藍(ⅡD)封端的小分子受體材料CPDT(IID)2。由于合適的能級和較窄的帶隙,當將它作為受體材料與聚(3-已基噻吩)(P3HT)共混制備成有機太陽電池時,產(chǎn)生了高達1.02 V的開路電壓(VOC)和0.97%的PCE。這是首次將異靛藍基團應用到小分子受體材料中的例子,證明了異靛藍基團作為強吸電子基團在非富勒烯受體材料中應用的潛力。2.設計合成了以芴(F)為核、兩邊異靛藍(ⅡD)封端的小分子受體材料F(ⅡD)2�；赑3HT:F(IID)2的有機太陽電池獲得了較高的0.79%的PCE。進一步對F(IID)2進行分子修飾,獲得了其他三種小分子受體材料：一種是在末端引入F原子(F(FIID)2),使材料的HOMO和LUMO能級同時降低了0.05 eV,有利于激子的分離；另外兩種是在芴與異靛藍中間插入一個或兩個噻吩基(F(TIID)2和F(TTIID)2),降低了材料的帶隙,拓寬了光譜吸收范圍。但是,這三種受體材料的光伏性能均劣于F(ⅡD)2,主要原因是與P3HT相容性差,導致相分離尺寸大。3.設計合成了以苯(Ph)為核、吡咯并吡咯二酮(DPP)為臂的三種小分子受體材料Ph(DPP)2、PhDMe(DPP)2和Ph(DPP)3。由于PhDMe(DPP)2中間的核是2,5-二甲基苯(PhDMe),分子的平面性最差,因此當它與P3HT復合后,產(chǎn)生最小的相分離尺寸,激子分離效率和電子遷移率均高,電池的PCE最高(0.65%)該結果證明,非富勒烯受體不同的空間幾何構型對有機太陽電池的性能有顯著的影響。
【關鍵詞】：有機太陽電池 非富勒烯受體 異靛藍 吡咯并吡咯二酮
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O621.2;TM914.4
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-39
• 1.1 引言13-15
• 1.2 有機太陽電池的工作原理和器件結構15-22
• 1.2.1 有機太陽電池的工作原理15-17
• 1.2.2 有機太陽電池的主要性能參數(shù)17-19
• 1.2.2.1 開路電壓(Voc)17-18
• 1.2.2.2 短路電流(Jsc)18
• 1.2.2.3 填充因子(FF)18
• 1.2.2.4 外量子效率(EQE)18-19
• 1.2.2.5 光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)19
• 1.2.3 有機太陽電池的結構19-22
• 1.2.3.1 單層肖特基電池19-20
• 1.2.3.2 雙層平面異質(zhì)結電池20
• 1.2.3.3 本體異質(zhì)結電池20-21
• 1.2.3.4 疊層有機太陽電池21-22
• 1.2.3.5 反型器件結構及界面修飾22
• 1.3 有機太陽電池給體材料以及富勒烯類材料概述22-24
• 1.3.1 有機太陽電池給體材料22-23
• 1.3.2 富勒烯材料概述23-24
• 1.4 有機太陽電池非富勒烯類受體材料研究進展24-37
• 1.4.1 傒酰亞胺、萘酰亞胺類受體材料25-31
• 1.4.2 吡咯并吡咯烷酮類電子受體材料31-33
• 1.4.3 其他受體材料33-37
• 1.5 本論文的課題提出及意義37-39
• 第二章 以環(huán)戊雙噻吩為核異靛藍封端的小分子受體材料的合成、表征及其光伏應用39-51
• 2.1 引言39-40
• 2.2 實驗部分40-43
• 2.2.1 主要原料與試劑40
• 2.2.2 儀器40
• 2.2.3 器件的制備及表征40-41
• 2.2.4 目標化合物合成41-43
• 2.3 結果與討論43-50
• 2.3.1 CPDT(ⅡD)_2的合成與熱性能43-44
• 2.3.2 CPDT(ⅡD)_2相關的光學性能44-46
• 2.3.3 CPDT(ⅡD)_2的電化學性能46
• 2.3.4 CPDT(ⅡD)_2的光伏性能46-49
• 2.3.5 活性層的載流子遷移率49-50
• 2.3.6 活性層的形貌50
• 2.4 結論50-51
• 第三章 以芴為核異靛藍封端的小分子受體材料的合成、表征及其光伏應用51-68
• 3.1 引言51
• 3.2 實驗部分51-60
• 3.2.1 主要原料與試劑51-52
• 3.2.2 儀器52
• 3.2.3 器件的制備及表征52-53
• 3.2.4 目標分子的合成53-60
• 3.3 結果與討論60-67
• 3.3.1 F-ⅡD類化合物的合成與熱力學性能60-61
• 3.3.2 F-ⅡD類化合物的光學及電化學性能61-63
• 3.3.3 F-ⅡD類化合物的光伏性能63-65
• 3.3.4 活性層的載流子遷移率65-66
• 3.3.5 活性層的形貌66-67
• 3.4 結論67-68
• 第四章 不同空間構型的DPP類小分子受體對有機太陽電池性能的影響68-83
• 4.1 引言68-69
• 4.2 實驗部分69-74
• 4.2.1 主要原料與試劑69
• 4.2.2 儀器69
• 4.2.3 理論計算69-70
• 4.2.4 器件的制備及表征70
• 4.2.5 目標分子的合成70-74
• 4.3 結果與討論74-82
• 4.3.1 PhDPP類化合物的合成與熱性能74-76
• 4.3.2 PhDPP類化合物的光學性能76-77
• 4.3.3 PhDPP類化合物的電化學性能77-78
• 4.3.4 PhDPP類化合物的幾何構型78-79
• 4.3.5 PhDPP類化合物的光伏性能79-81
• 4.3.6 活性層的載流子遷移率81
• 4.3.7 活性層的形貌81-82
• 4.4 結論82-83
• 主要結論與創(chuàng)新點83-85
• 主要研究內(nèi)容與結論83-84
• 創(chuàng)新點84-85
• 參考文獻85-97
• 攻讀碩士學位期間取得的學術成果97-99
• 作者簡介99

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本文編號：556211