以二芴基芳胺为端基的小分子给体材料的合成与光伏性能研究

【摘要】：当今世界,化石能源的开采和利用引发了诸多环境问题,且化石能源的储量有限,从而迫使我们去寻找新的可持续使用的清洁能源。有机光伏电池因具有质量轻,低成本大面积加工以及柔性等特点而成为新能源领域的研究热点。特别是由电子给体单元-电子受体单元构成的小分子给体材料由于具有确定的化学结构、易提纯、带隙以及能级易调控等优点越来越受到人们的关注。本论文以二芴基取代的芳香胺作为电子给体单元,二噻吩吡咯并吡咯二酮(DT-DPP)为电子受体单元,设计合成了一系列D-A-D型小分子给体材料,并探究了分子结构对材料的光学、电化学、热力学性质以及对光伏器件性能的影响。首先,我们合成了两个以二芴苯胺基团为给电子单元,通过单键和炔键与DT-DPP核相连的小分子给体材料DT-DPP(FBN)2和DT-DPP(FBN-A)2。这两个材料在差示扫描量热(DSC)测试的加热和放热过程中,在30 oC到250 oC范围都没有观察到明显的熔融峰或结晶峰,显示出无定形态。电化学测试发现炔键的引入使分子的氧化电位增加,进而HOMO加深。以DT-DPP(FBN)2和DT-DPP(FBN-A)2为给体的光伏器件(ITO/PEDOT:PSS/donor:PC61BM/PFN/Al)的光电转化效率分别获得了1.00%(Voc=0.76 V,Jsc=3.71m A cm-2,FF=35.47)和1.71%(Voc=0.92 V,Jsc=5.08 m A cm-2,FF=36.52)。然后,我们设计合成了新的给电子单元二芴萘胺,与DT-DPP核以炔键连接得到小分子给体材料DT-DPP(FNN-A)2,这个材料较DT-DPP(FBN-A)2展现了更高的热稳定性和迁移率,在有机光伏器件(ITO/PEDOT:PSS/donor:PC61BM/PFN/Al)中获得了2.58%的光电转换效率(Voc=0.96V,Jsc=6.06 m A cm-2,FF=44.32)。最后,我们将氟原子引入到二芴芳香胺单元的芴上,设计合成了DT-DPP(FFBN-A)2和DT-DPP(FFNN-A)2。氟原子的引入,对于这类材料的氧化电位、吸收光谱影响小。在OSCs器件(ITO/PEDOT:PSS/donor:PC61BM/PFN/Al)中,DT-DPP(FFBN-A)2和DT-DPP(FFNN-A)2获得了~1.6%的PCE。对上述的材料的光伏特性的正在进行进一步的研究。 【关键词】：有机太阳能电池 二芴基芳胺 氟 二噻吩吡咯并吡咯二酮 小分子给体材料
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-37
• 1.1 引言11-12
• 1.2 有机太阳能电池的基本原理、性能参数及影响因素12-17
• 1.2.1 有机太阳能电池的基本原理12-13
• 1.2.2 有机太阳能电池的结构13-15
• 1.2.3 有机太阳能电池性能表征15-17
• 1.3 溶液加工的D-A型小分子给体材料介绍17-36
• 1.3.1 噻吩类小分子给体材料介绍18-23
• 1.3.2 以吡咯并吡咯二酮(DPP)为核的小分子给体材料23-31
• 1.3.3 三苯胺类小分子给体材料介绍31-34
• 1.3.4 以三苯胺为端基含DPP的小分子给体材料34-36
• 1.4 本论文的研究内容及创新之处36-37
• 1.4.1 本论文的研究内容36
• 1.4.2 本论文的创新之处36-37
• 第二章 二芴苯胺以单键和三键与DPP核相连的小分子给体材料的合成与性能表征37-57
• 2.1 引言37-38
• 2.2 实验部分38-44
• 2.2.1 原料和试剂38
• 2.2.2 材料的表征设备与仪器38-39
• 2.2.3 材料的合成39-44
• 2.3 结果与讨论44-55
• 2.3.1 化合物的合成与表征44-50
• 2.3.2 化合物的光学性能和电化学性能50-52
• 2.3.3 化合物的热力学性质52-53
• 2.3.4 化合物的光伏性能53-55
• 2.4 本章小结55-57
• 第三章 二芴萘胺以三键与DPP核相连的小分子给体材料的合成及性能表征57-69
• 3.1 引言57
• 3.2 实验部分57-60
• 3.2.1 原料及试剂57
• 3.2.2 材料的表征设备与仪器57-58
• 3.2.3 材料的合成58-60
• 3.3 结果与讨论60-68
• 3.3.1 化合物的合成与表征60-64
• 3.3.2 化合物的光学性能和电化学性能64-65
• 3.3.3 化合物的热力学性质65-66
• 3.3.4 化合物的光伏性能66-68
• 3.4 本章小结68-69
• 第四章 氟芴芳香胺以三键与DPP核相连的小分子给体材料的合成与性能表征69-88
• 4.1 引言69
• 4.2 实验部分69-75
• 4.2.1 原料及试剂69-70
• 4.2.2 材料的表征设备与仪器70
• 4.2.3 材料的合成70-75
• 4.3 结果与讨论75-85
• 4.3.1 化合物的合成与表征75-82
• 4.3.2 化合物的光学性能与电化学性能82-84
• 4.3.3 化合物的热力学性质84-85
• 4.4 化合物的光伏性能85-87
• 4.5 本章小结87-88
• 结论88-89
• 参考文献89-99
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果99-100
• 致谢100-101
• 附件101

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