基于DPP的有机小分子光伏材料的合成与性质

【摘要】：有机小分子太阳能电池因价格低廉、材料多样且易合成等优点而备受关注。溶液过程体异质结(BHJ)太阳能电池结构可显著地增大给体-受体界面,进而提高电池的光伏性能,近年来被广泛研究。为了加快溶液过程体异质结有机小分子太阳能电池的市场化进程,亟需开发生产成本低、性能优良的有机小分子材料。 有机小分子中连接吸电子单元(A)或给电子单元(D)形成A-A结构或D-A结构可促进分子内电荷迁移,同时降低分子能级。本文选取吡咯并吡咯二酮(DPP)为中心吸电子单元成功设计并合成了A-A-A型和D-A-D型两个系列的有机小分子光伏给体材料。其中A-A-A系列小分子以强吸电子性基团为末端电子受体,烷基噻吩为共轭桥连基团；而D-A-D系列小分子以三苯胺(TPA)为末端给电子单元同时以苯乙烯作为共轭桥连基团。此外,在DPP核和噻吩环上引入烷基侧链,三苯胺末端引入烷氧基增加材料的溶解性。 为了从分子层面研究化合物的性质,利用Gaussian09软件通过密度泛函(DFT)理论计算分子基态下的分子几何构型和电子云分布,通过紫外-可见吸收和循环伏安测试研究了材料的光物理性质和电化学性质,研究表明,这些化合物在300-800nm范围内具有较强的光吸收。从电化学测试结果可以看出,这些化合物均具有合适的能级以满足和PCBM进行有效的电子迁移。为了进一步的探索这些材料的光伏性质,本论文制作了结构为ITO/PEDOT:PSS/Donors:PC61BM(1:2, w/w)/Al的溶液过程BHJ有机太阳能电池,在模拟太阳光AM1.5G(100mWcm-2)下对电池的光伏性能进行测试。 【关键词】：吡咯并吡咯二酮 吸电子基 三苯胺 光伏给体材料 有机小分子太阳能电池
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-27
• 1.1 太阳能电池的发展及分类9-10
• 1.2 D-A型异质结太阳能电池的工作原理及表征10-13
• 1.2.1 D-A型异质结太阳能电池的工作原理10-12
• 1.2.2 D-A型异质结太阳能电池的性能表征12-13
• 1.3 有机光伏材料13-22
• 1.3.1 有机光伏受体材料13-15
• 1.3.2 有机光伏给体材料15-16
• 1.3.3 低聚噻吩类有机小分子光伏给体材料16-18
• 1.3.4 末端强吸电子基有机小分子光伏给体材料18
• 1.3.5 三苯胺类有机小分子光伏给体材料18-20
• 1.3.6 吡咯并吡咯二酮类有机小分子光伏给体材料20-22
• 1.4 有机小分子光伏给体材料的设计原理22-25
• 1.4.1 理想有机小分子光伏给体材料的性质要求22
• 1.4.2 有机小分子光伏材料的结构设计22-25
• 1.5 基于DPP的有机小分子光伏给体材料的设计思路25-27
• 2 实验部分27-43
• 2.1 仪器和药品27-29
• 2.1.1 试剂与原料27-28
• 2.1.2 实验仪器28-29
• 2.2 试剂的预处理29
• 2.2.1 四氢呋喃(THF)的精制29
• 2.2.2 甲苯的精制29
• 2.3 有机小分子光伏材料的合成29-41
• 2.3.1 吡咯并吡咯二酮(DPP)为中心的吸电子单元的合成29-33
• 2.3.2 基于三苯胺的给电子单元的合成33-37
• 2.3.3 A-A-A型有机小分子光伏给体材料的合成37-39
• 2.3.4 D-A-D型有机小分子光伏给体材料的合成39-41
• 2.4 光伏器件的制作与表征41-43
• 3 A-A-A型有机小分子材料的结果与讨论43-51
• 3.1 合成结果43
• 3.2 高斯理论计算43-44
• 3.3 紫外-可见吸收44-46
• 3.4 循环伏安测试46-48
• 3.5 器件光伏性能测试48-50
• 3.6 本章小结50-51
• 4 D-A-D型有机小分子材料的结果与讨论51-58
• 4.1 合成结果51
• 4.2 高斯理论计算51-53
• 4.3 紫外-可见吸收53-54
• 4.4 循环伏安测试54-56
• 4.5 器件光伏性能测试56-57
• 4.6 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-67
• 附录A 合成分子的NMR谱图67-75
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况75-76
• 致谢76-77

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