富勒烯C60衍生物的合成及在有机薄膜太阳能电池中的应用

摘要

有机太阳能电池凭借其制造成本低廉、质轻、可柔性加工，加工性能好等优势而不断引起科研工作者的关注。但较差的稳定性和低的能量转换效率也是制约聚合物太阳能电池发展的重要因素，使其达不到商业化要求。因此新型富勒烯C60衍生物的设计和合成对改善有机太阳能电池的性能有重要意义。
　　本文主要通过经典的Patro反应，设计并合成了新型单吲哚和双吲哚取代的富勒烯衍生物EHIHC60P和DEHIC60P，并通过1H-NMR，13C-NMR和MALD-TOF等方法对其结构进行表征。此外，利用可见-紫外吸收法和循环伏安法测定了受体材料的吸收光谱和电子能级，EHIHC60P和DEHIC60P最低空轨道LUMO能级分别为-3.65和-3.60eV，相比PC61BM(-3.73eV)，其LUMO能级的提高可归因于吲哚基团的给电子性能，这将有利于器件开路电压的改善。同时相对于PC61BM，其在可见光区对光的吸收更强。最后本实验将这两种材料用于聚合物太阳能电池的器件制备中，聚合物P3HT被选作为给体材料，EHIHC60P或DEHIC60P作为受体材料，通过调节活性层给受体比例、器件退火温度以及使用添加剂等方法来优化器件性能。当给受体比例为1∶1，退火温度为150℃时，聚合物太阳能电池的能量转换效率分别为3.32％和3.23％，相比于同等条件下以PC61BM为受体的器件光电转换效率3.28％有所提高。此外，通过使用CN和DIO两种添加剂对器件形貌进行调控，但较大的粗糙度并未使器件的性能得到明显改善。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 聚合物太阳能电池的重要发展历史阶段

1．3 聚合物太阳能电池简介

1．3．1 聚合物太阳能电池的结构

1．3．2 聚合物太阳能电池的工作原理

1．3．3 富勒烯衍生物受体材料简介

1．4 主要研究内容

第2章 含吲哚基团富勒烯衍生受体的合成及光伏器件制备

2．1 引言

2．2 实验试剂及仪器设备

2．2．1 实验试剂

2．2．2 仪器设备

2．3 目标化合物的合成

2．3．1 EHIHC60P和DEHIC60P合成路线

2．3．2 EHIHC60P和DEHIC60P具体合成步骤及表征

2．3．3 TPAIndolC60P-2合成路线

2．3．4 TPAIndolC60P具体合成步骤及表征

2．4 材料的表征方法及条件

2．5 光伏器件的制备及性能测试

2．5．1 有机太阳能电池的性能参数定义及介绍

2．5．2 光电池性能参数的测定

2．5．3 光伏器件的制备过程及所需仪器

2．6 本章小结

第3章 实验结果与分析

3．1 溶液紫外-可见光吸光谱

3．2 固体薄膜紫外吸收光谱

3．3 电化学性质

3．4 光伏性能

3．4．1 以EHIHC60P、DEHIC60P为受体材料的光伏性能研究

3．4．2 以TPAIndolC60P-2为受体材料的光伏性能研究

3．5 形貌分析

3．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢