芴并噻吩基电子受体的制备和光电性质

摘要

富勒烯及其衍生物具有的独特的三维球状结构使其具有各向同性，有利于激子的扩散，还能够使其形成独立的聚集态利于形成给受分相，较强的电负性使其具有较强的吸电子能力。这些优异的性能使其在有机太阳能电池领域受体中一度占主导地位，但是由于其在可见光区域的吸收较弱、能级可调控性较低限制了其光电转换效率的进一步提高。而非富勒烯小分子受体则因为其具有较强的光吸收、合成方便、造价较低以及能级可调以便与不同的给体匹配等优点，成为了继富勒烯及其衍生物之后作为受体制备有机太阳能电池的又一选择，因此开发高效的新型小分子受体成为了近年来的研究热点。基于此，我们选择了芴的衍生物芴并噻吩这一研究较少的结构为中心单元，分别以氰亚甲基靛酮和3-乙基绕丹宁为端基合成了两类A-π-D-π-A型的新型受体小分子，并对它们的光电性能进行了研究，主要内容如下： 1.以芴并二噻吩为核，3-乙基绕丹宁为端基，设计合成了小分子TFDTBR，它有着良好的溶解性，能很好地溶于各种常规有机溶剂。用氰亚甲基靛酮代替3-乙基绕丹宁，以辛基和己基分别为芴并二噻吩以及π桥噻吩单元上的烷基侧链得到了DICTFDT-OH，然后分别通过改变芴并二噻吩以及π桥上的侧链为2-乙基己基得到了DICTFDT和DICTFDT-OE。其中，DTCTFDT能够良好成膜，最适合作为受体来制备有机太阳能电池器件。 2.TFDTBR具有较好的热稳定性，热失重5%时的温度为388℃，它在可见光区域有着强而宽的吸收，光学带隙为1.69eV。它的较高的LUMO能级（-3.44eV）有利于器件获得一个较高的Voc。当以PTB7-Th为给体材料与TFDTBR共混制作太阳能电池器件时，通过优化发现给受质量比为2∶3时，制得的器件有着最佳性能，开路电压可以达到0.920V，但是由于短路电流（12.17mA cm-2）和填充因子（0.35）偏低，使得光电转换效率仅为3.95%。 3.DICTFDT的光学带隙为1.67eV，HOMO能级和LUMO能级分别为-5.56eV和-4.00eV。当以PTB7-Th为给体材料与DICTFDT共混制备电池器件时，在给受质量比为2∶3时，性能最佳，对应的开路电压为0.891V，短路电流为12.52mA cm-2，填充因子为0.46，最终DICTFDT器件获得了比TFDTBR器件高的光电转换效率5.12%，主要由于它有着相对较强的电子传输能力以及载流子传输更平衡。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1引言

1.2有机太阳能电池的发展

1.3有机太阳能电池的基本特征

1.3.1有机太阳能电池的工作原理

1.3.2有机太阳能电池的器件结构

1.3.4有机太阳能电池的主要参数

1.4小分子受体制备有机太阳能电池的发展

1.5本论文的主要研究内容与创新点

第2章 以芴并噻吩为核绕丹宁为端基的受体材料TFDTBR 的合成及光电性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1主要原料

2.2.2表征仪器与条件

2.2.3 器件的制备与表征

2.2.4 TFDTBR的合成

2.3结果与讨论

2.3.1 合成简述

2.3.2 热稳定性

2.3.3 固体结构

2.3.4光学吸收性能和电化学性能

2.3.5器件的光伏性能

2.3.6载流子的产生、输运以及复合

2.3.7活性层形貌

2.4 本章小结

第3章 以芴并噻吩为核氰亚甲基靛酮为端基的受体材料的合成与光电性能

3.1 引言

3.2实验部分

3.2.1主要原料

3.2.2表征仪器与条件

3.2.3 器件的制备与表征

3.2.4 DICTFDT-OH、DICTDT-OE以及DICTFDT的合成

3.3结果与讨论

3.3.1 合成简述

3.3.2 热稳定性

3.3.3光学吸收性能和电化学性能

3.3.4器件的光伏性能

3.3.5载流子的产生、输运以及复合

3.3.6 固体结构

3.3.7活性层形貌

3.4 本章小结

第4章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间科研成果

附录A：化合物的1H NMR和13C NMR谱图