基于苯骈三氮唑有机小分子光伏材料的合成与性质

摘要

有机太阳能电池由于具有适于大规模生产、制作成本低、质量轻、化学性能稳定及有机材料的结构易于调节等优点受到了广泛的关注和研究。在光伏材料的选择中，有机小分子因具有明确的分子结构、精确的分子质量、易于提纯和可重复性高等优点受到广泛研究。目前有机小分子太阳能电池光电转换效率已达到9.02％。为了使有机太阳能电池更具有竞争优势，需要不断设计和合成有机小分子材料，提高光伏器件的性能。
　　本文选取苯骈三氮唑作为吸电子基团(A)，以三苯胺、N，N-二甲氧基三苯胺、咔唑和芴等作为给电子基团(D)，并以单键、双键和三键为桥键合成了一系列D-A-D型的光伏材料。采用光伏材料通过密度泛函理论计算出其基态电子云分布及能级。通过紫外可见吸收光谱和荧光淬灭光谱分析分子的光学性能。通过循环伏安测试了解分子的电化学性能。最后制作溶液过程的太阳能电池测定小分子的光伏性能。基于以上分析，从四个方面讨论分子结构与光伏性能的关系:1.改变给体单元对小分子太阳能电池光伏性能的影响;2.在基于三苯胺的小分子上修饰甲氧基对太阳能电池性能的影响;3.在共轭链上添加噻吩、苯环和噻吩烷基链对对材料光伏性能的影响;4.单键、双键及三键等桥键对太阳能电池材料性能的影响。
　　通过研究发现，在共轭骨架上增加苯作为(π)-键、乙炔作为桥键连接三苯胺和吸电子基团A合成的分子A9获得最高的光电转换效率(3.6％)。本文的研究拓展了基于三苯胺-苯骈三氮唑的D-A-D型有机小分子光伏材料的领域，并为日后光伏材料的设计和合成提供一定的研究基础。