有机太阳能电池活性层材料的设计与性能分析

摘要

有机太阳能电池具有特殊的优势,如可实现柔性器件大面积制备等.有机太阳能电池中活性层材料的性质对太阳光的吸收效率、载流子传输速率等具有重要影响性,是决定电池光电转换效率的关键因素.本文主要围绕有机太阳能电池活性层材料的设计、合成与性能分析做了一系列工作.本文主要围绕有机太阳能电池活性层材料的设计、合成与性能分析做了一系列工作。首先，以含侧链共轭噻吩的苯并二噻吩(TBDT)为给体单元，苯并噻二唑(BT)及氟化苯并噻二唑(ffDTBT)为受体单元，噻吩或吠喃单元为共轭桥，苯或氟苯为封端基团，合成了一系列窄带隙共轭聚合物，并对其光学性能，电学性能，光电转换效率进行了详细研究，同时应用密度泛函理论对所设计的结构进行了模拟分析。在基于BDTT为给体单，BT或DFBT为受体单元，合成了两种可溶液处理的受体-给体-受体(A-D-A)型小分子，并且研究了氟化对光电性能，分子间排列，器件效率的影响。此外，以基于咔哩改性的稠环结构6H-phenanthro[1,10,9,8-cdefg]carbazole(PC)为给体单元(D)和4,7-dithien-2-y1-2,1,3-benzothiadiazole (DTBT)为受体单元(A)合成了D-A共扼聚合物PPCDTBT，并结合计算模拟研究了大稠环刚性结构对聚合物构型与光电性能的影响。另外，二联噻吩并噻吩(DTTT)类似于DPP，其噻吩S和并噻吩S之间的强相互作用也有利于提高聚合物的共平面性和电荷传输性能。基于此，设计合成了一系列不同比例的DTTT和DPP单元的新型D-A型共轭聚合物，并深入研究了其光电方面的性能，其中的PDTTT-T-DPP_ 3/7薄膜晶体管空穴迁移率达到0.627cm2V-ls-1。总之，在有机光伏半导体材料的设计与合成、结构模拟分析、光电性能测试等方面进行了一系列的尝试和相关研究。