基于異靛藍(lán)和吡咯并吡咯二酮單元的D-A-D型有機(jī)光伏材料的合成及性能研究.pdf

1、與其它應(yīng)用新能源的方法相比，有機(jī)太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)是低成本、輕質(zhì)量等，從而成為新能源發(fā)展的重要方向。本論文闡述了有機(jī)太陽(yáng)能電池及其給體材料的研究現(xiàn)狀，并對(duì)于其存在的各種問(wèn)題，如能量轉(zhuǎn)換效率低等進(jìn)行了系統(tǒng)分析。設(shè)計(jì)合成了一類基于異靛藍(lán)單元和芘單元和一類基于吡咯并吡咯二酮單元和咔唑單元的D-A-D型小分子光伏材料，通過(guò)核磁共振譜和質(zhì)譜等表征了有機(jī)中間體和目標(biāo)化合物的分子結(jié)構(gòu)；并研究了這些D-A-D型材料的光物理、電化學(xué)、熱穩(wěn)定性；以合成的小分

2、子為給體材料制備本體異質(zhì)結(jié)小分子太陽(yáng)能電池，研究了材料的光伏性能，取得了如下研究結(jié)果：
　　1）設(shè)計(jì)并合成了以異靛藍(lán)(IID)單元為受體，芘(Py)單元為給體材料的D-A-D型小分子材料IID(Py)2，IID(Ac-Py)2和IID(Th-Py)2，通過(guò)在D-A單元之間引入π橋，系統(tǒng)的研究了π橋?qū)τ谛》肿庸夥阅艿挠绊?。與沒(méi)有π橋的IID(Py)2相比，含有乙炔基和噻吩基作為π橋的小分子IID(Ac-Py)2和IID(Th-Py

3、)2呈現(xiàn)出了更長(zhǎng)的共軛度，顯示了更寬的吸收，更低的HOMO能級(jí)，這對(duì)于獲得良好的光伏性能是有益的。其中，基于 IID(Th-Py)2的本體異質(zhì)結(jié)小分子太陽(yáng)能電池(BHJ-SMOSCs)的光伏性能最好，其能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)、短路電流(Jsc)、開路電壓(Voc)和填充因子(FF)分別為1.39％、4.10 mA/cm2、1.01 V和33.67%。
　　2）設(shè)計(jì)并合成了以吡咯并吡咯二酮(DPP)單元為受體，咔唑(Cz)單元為給體

4、的D-A-D型小分子DPP-C12-DCz，DPP-C16-DCz，DPP-C20-DCz，系統(tǒng)的研究了DPP單元酰胺基團(tuán)上烷基側(cè)鏈長(zhǎng)度對(duì)小分子光伏性能的影響。研究表明，烷基側(cè)鏈的延長(zhǎng)可以很好的改善分子的溶解性，從而影響器件中供受體共混膜的表面形貌和相分離度，最終影響它們的載流子遷移率和PCE值。其中，基于DPP-C16-DCz的本體異質(zhì)結(jié)小分子太陽(yáng)能電池(BHJ-SMOSCs)的光伏性能最好，其能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)、短路電流(Jsc