A-D-A型有机小分子光伏材料的制备及性质研究

摘要

小分子溶液过程体异质结(BHJ)有机太阳能电池以其轻便灵活、工艺简单、材料多样，可大规模生产等特点受到广泛的关注。为了加快有机光伏材料商业化的进程，开发新型高效的有机小分子光伏材料成为当前研究的热点。
　　为了研究不同功能基团的引入对材料光电性能的影响，本论文以吡咯并吡咯二酮(DPP)、苯并噻二唑(BT)及硝基为吸电子单元，以咔唑、二苯胺、吩噻嗪及芴为给电子单元，以碳碳单键和碳碳三键为桥键将两者相连，成功设计并合成出了一系列A-D-A型有机小分子光伏材料:CZ(TDPP)2、DPA(TDPP)2、PTZ(TDPP)2、FL(TDPP)2、LCZ(TDPP)2、 CZ(TBT)2、 CZ(NCT)2 CZ(ETDPP)2及DPA(ETDPP)2。并对其进行了密度泛函(Density Functional Theory，DFT)理论计算、紫外-可见吸收光谱、荧光淬灭测试及循环伏安等一系列测试，同时以新合成的材料为給体，以PC61BM为受体，制备了溶液过程的体异质结有机光伏器件，并对器件性能进行了检测。
　　测试结果表明:1）不同的给电子单元体系中CZ(TDPP)2具有更好的平面结构和更好的共轭性，从而获得最高的光电转化效率。2）不同的吸电子单元体系中DPP基团的引入可使材料对太阳光的吸收可覆盖整个紫外-可见光谱。3）碳-碳三键的引入有效的降低了材料的HOMO能级从而极大地提高了单电池的开路电压。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 太阳能的利用及太阳能电池的发展

1．2 太阳能电池的分类

1．3 有机太阳能电池的工作原理

1．4 有机太阳能电池活性材料

1．4．1 有机太阳能电池材料性能的影响因素

1．4．2 有机太阳能电池材料的设计

1．5 D-A结构的小分子光伏给体材料

1．5．1 低聚噻吩类D-A小分子给体材料

1．5．2 三苯胺类D-A小分子绐体材料

1．5．3 吡咯并吡咯二酮类D-A小分子给体材料

1．5．4 苯并噻二唑类D-A小分子给体材料

1．6 设计思路

2 实验部分

2．1 实验仪器与药品

2．1．1 试剂与原料

2．1．2 实验仪器

2．2 原料的预处理

2．2．1 四氢呋喃(THF)的精制

2．2．2 甲苯的精制

2．3 有机小分子光伏材料的合成

2．3．1 吸电子单元的合成

2．3．2 供电子单元的合成

2．3．3 A-D-A型有机目标分子的合成

2．4 体异质结有机太阳能电池的制作与表征

3 结果与讨论

3．1 中间donor单元对太阳能电池材料光电性能影响的研究

3．1．1 理论计算

3．1．2 紫外可见吸收

3．1．3 循环伏安测试

3．1．4 荧光淬灭实验

3．1．5 器件测试

3．2 两端acceptor单元对太阳能电池材料光电性能影响的研究

3．2．1 理论计算

3．2．2 紫外可见吸收

3．2．3 循环伏安测试

3．3 桥键对材料光电性能的影响

3．3．1 理论计算

3．3．2 紫外可见吸收

3．3．3 循环伏安测试

3．3．4 荧光淬灭实验

3．3．5 器件测试

结论

参考文献

附录A 目标分子的NMR谱图

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢