基于异靛单元的有机小分子光伏材料的合成与性质

【摘要】：本体异质结有机光伏电池由于具有质轻、价廉和柔韧性好等突出的特点成为光伏电池领域中的研究热点。在过去的几年中,科学家投入了很大的精力来研究聚合物本体异质结有机光伏电池,并取得突出的成果,最大光电转换效率为10.61%。相比于聚合物有机光伏材料,小分子有机光伏材料具有很多优势,例如具有明确的化学结构,易于修饰和提纯。目前,小分子本体异质结有机光伏电池的光电转换效率已经超过了10%。为满足商业化的要求,科研工作者要不断设计并合成新型有机小分子光伏材料,以获得较高的光电转化效率。本论文设计并合成了8种以异靛为吸电子单元的D-A-D型分子。根据给电子单元的不同,这8种分子可分为两个系列,分别为系列A和系列B。系列A以三苯胺为给电子单元,分别采用苯,苯乙烯,苯丙烯腈和苯乙炔为桥键与异靛相连；系列B以咔唑和芴为给电子单元,直接或者通过碳碳三键与异靛相连。本论文通过密度泛函理论计算、紫外-可见光吸收、循环伏安测试分别研究了分子基态下的电子云分布及能级、光学性能、电化学性能。最后制作了溶液过程本体异质结有机光伏电池并测试了其光伏性能。基于以上测试,获得以下结论：(1)基于异靛单元的小分子材料具有低的HOMO能级,可获得0.9 V以上的高的开路电压。(2)对于系列B,以咔唑为给电子单元的材料比以芴为给电子单元的材料在各方面都呈现更佳的性能；碳碳三键的插入使分子有好的平面性,并且能够调整分子的能级和能带。(3)对于系列A,苯丙烯腈作为桥键可以有效额降低HOMO能级,并能提高分子的光吸收性能。(TPACB)2ID的光电转化效率为3.57%(开路电压为1.06 V,短路电流密度为9.46 mA cm-2,填充因子为0.35),是目前无添加剂的异靛类小分子光伏材料的最高效率。 【关键词】：异靛 本体异质结 有机小分子 光伏材料
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-33
• 1.1 太阳能电池9-12
• 1.1.1 太阳能的利用9-10
• 1.1.2 太阳能电池的发展和分类10-12
• 1.2 有机太阳能电池12-24
• 1.2.1 有机太阳能电池的结构,制作方法和工作原理12-13
• 1.2.2 有机太阳能电池的性能表征13-15
• 1.2.3 有机太阳能电池的受体材料15-16
• 1.2.4 有机太阳能电池的给体材料16-22
• 1.2.5 有机太阳能电池的给体材料的设计原则22-24
• 1.3 本文分子设计的研究背景24-31
• 1.3.1 以异靛作为吸电子单元的给体材料24-26
• 1.3.2 以三苯胺作为给电子单元的给体材料26-30
• 1.3.3 以咔唑和芴作为给电子单元的给体材料30-31
• 1.4 设计思路和研究内容31-33
• 2 实验部分33-48
• 2.1 仪器与试剂33-35
• 2.1.1 仪器33-34
• 2.1.2 实验药品34-35
• 2.1.3 溶剂处理35
• 2.2 基于异靛基团的有机小分子给体材料的合成35-47
• 2.2.1 基于异靛的吸电子单元的合成36-37
• 2.2.2 系列A的给电子单元的合成37-42
• 2.2.3 系列B的给电子单元的合成42-44
• 2.2.4 目标分子的合成44-47
• 2.3 溶液过程本体异质结器件的制作47-48
• 3 结果与讨论48-60
• 3.1 有机小分子给体材料的合成48-49
• 3.2 理论计算49-51
• 3.3 紫外-可见光吸收测试51-53
• 3.4 循环伏安测试53-56
• 3.5 光伏器件测试56-60
• 结论60-61
• 参考文献61-71
• 附录A 终产物表征71-77
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况77-78
• 致谢78-79

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

衬底和退火温度对多晶硅薄膜结构及光学性质影响    路晓翠;周炳卿;张林睿;张娜;

小分子给体型有机光伏材料    刘扬;杨乐;陈志坚;

Effect of additives on the photovoltaic properties of organic solar cells based on triphenylamine-containing amorphous molecules    GAO Lei;ZHANG Jing;HE Chang;ZHANG Yi;SUN QingJiang;LI YongFang;

酞菁铜缓冲层对有机太阳能电池开路电压的影响（英文）    王桂伟;邢英杰;

一种三维四面体星型共轭小分子用于有机太阳能电池（英文）    秦洋;阳建中;

掺磷nc-Si∶H薄膜的微结构与光电特性    刘利;马蕾;吴一;范志东;郑树凯;刘磊;彭英才;

一种异型布拉格背反射结构的多晶硅薄膜太阳电池光吸收分析    沈宏君;张瑞;张天耀;

基于卟啉的小分子和聚合物的合成及其光伏性能研究    黄玉英

聚苯胺/半导体金属氧化物基光敏材料的制备及其光电器件的设计    杨圣雪

以萘及氟萘为端基的二酮吡咯并吡咯类小分子光伏性能研究    周睿

苝单/二酰亚胺衍生物合成及有机光伏性能研究    张有地

吡啶、三倍司类非对称半菁染料及有机氧化还原电对在染料敏化太阳能电池中的应用研究    程明

中位取代卟啉小分子的设计合成及其光电性质研究    张育楠

低聚噻吩Bola两亲化合物和苯并噻二唑类Polycatenar化合物的合成及其自组装行为研究    高红飞

Cu_2ZnSnS(Se)_4薄膜太阳电池的特性对材料组分依赖性研究    何俊

以苯乙烯基三苯胺为电子给体模型化合物的合成与性能研究    汪天洋

电极修饰对rubrene/C_(70)有机太阳电池性能的改善    詹真

含吡咯并吡咯二酮、异靛蓝衍生物有机材料的合成和光伏性能的研究    刘莹

新型苯并二杂环基共轭聚合物光伏材料的设计合成及应用    陈学文

苯并硒二唑类有机光伏材料的合成及其性能研究    唐万军

小分子异质结太阳能电池给体材料的合成及性能研究    石文娥

非共轭聚合物光敏染料的合成及性能研究    徐站强

不对称有机小分子光伏材料的合成与性质研究    高航

基于苯骈三氮唑有机小分子光伏材料的合成与性质    张双双

窄带隙聚合物和具有单线态裂解性质的小分子光伏材料的分子设计    刘瑞瑞

基于三苯胺的四臂星型小分子光伏材料的合成与性质    朱建玲

全球光伏材料市场分析    

美国科学家研制出体光伏材料    

有机噻吩类衍生物作为光伏材料的研究进展    刘平;蒋传煜;黄明生;潘万章;邓文基;麦裕良;栾安博;

光伏材料实验室 巧妙利用太阳的能量    翟媛媛;

光伏材料与柔性基布粘结性能的初步探究    艾晨;武志云;

美科学家研制出体光伏材料    

美国德雷克赛尔大学研制出体光伏材料    新型;

美科学家研制出体光伏材料    

有机噻吩类衍生物作为光伏材料的研究进展    陈卫星;张苏艳;邹敏;米巧艳;

美科学家研制出体光伏材料    

以三苯胺为核、苯并噻二唑-7-(4-己基噻吩)为臂溶液可加工星型有机分子光伏材料的制备    张婧;杨溢;何畅;何有军;赵光金;李永舫;

聚合物光伏材料的设计合成与器件优化    田文晶;

第2章 光伏材料和器件    马晓光;何悦;窦亚楠;吴莹莹;陈力;赵亮亮;文世珍;李永志;徐楼;孔伟;肖娇;孔祥翔;

溅射沉积光伏材料-掺氮碳薄膜    丁正明;周之斌;崔容强;胡宏勋;孙铁囤;贺振宏;

聚合物太阳电池光伏材料和器件    李永舫;

超分子聚合物太阳电池光伏材料和器件    李永舫;

侧链含苯并噻二唑受体的芴-咔唑类窄带隙聚合物光伏材料的合成及其光伏性能研究    聂凯旋;王亚飞;何宇;邓先平;周欣;陈建华;陶强;刘煜;朱卫国;

基于三芳胺-喹噁啉的星状D4-A型有机小分子光伏材料的合成及其性能研究    阳品高;何宇;周欣;刘煜;蒋海港;谭华;朱卫国;

多节棍型聚合物光伏材料    李红娇;王金土;李维实;

基于IDT小分子光伏材料的合成与应用    白会涛;王逸凡;程沛;李永舫;朱道本;占肖卫;

河南亿盛年产5万吨光伏材料项目开工    记者 谢运和

光伏材料需求将长期两位数增长    王昕

首府力争建成全国最大的光伏材料产业基地    记者 宋向华

各国赛跑光伏材料市场    本报记者 徐岩

光伏材料公司力求变中智胜    王昕

晶龙光伏材料实验室获国家授牌    通讯员 段同刚　王丽英 记者 蔡计锁

2012年 光伏材料市场规模将达32亿美元    本报记者 李晓辉

总投资42亿元的碳化硅及光伏材料项目落户霍市    记者 伍华余

光伏材料加工与应用技术专业落户新余高专    记者 傅春保 通讯员 刘剑

争做中国一流光伏材料服务商    本报记者 许长江　通讯员 李继洲

可溶性含钌配合物和空穴传输基团聚酰亚胺光伏材料的合成与表征    王艳荣

多晶硅及碲化镉薄膜光伏材料关键制备技术的研究    罗翀

基于吡咯并吡咯二酮和噻吩[3,4-c]并吡咯烷二酮的光伏材料的合成及性能研究    赖衍帮

基于吡咯并吡咯二酮的小分子光伏材料的设计合成    冯海芬

窄带隙聚合物光伏材料的合成及其表征    刘波

两种含钌聚合物光伏材料的合成与表征    晋玉霞

“技”与“艺”的统一    刘飞

新型富勒烯受体光伏材料的合成及光伏性能研究    谢丽欣

基于均三嗪与DPP结构小分子光伏材料的合成与表征    徐超

基于苯骈三氮唑有机小分子光伏材料的合成与性质    张双双

D-A-D型有机小分子光伏材料的合成与性质    曾少航

具有D-A结构的有机聚合物光伏材料的合成及在光伏领域中的应用    李娜