新型有機(jī)光伏小分子的合成及器件性能的研究.pdf

1、溶液可加工的體相異質(zhì)結(jié)太陽能電池因為具有制備工藝簡單、來源廣泛、重量輕、柔性可折疊等優(yōu)點而引起人們越來越多的關(guān)注，成為近幾年光伏產(chǎn)業(yè)的研究重點，很有希望在將來取代無機(jī)硅太陽能電池。本文綜述總結(jié)溶液可加工的有機(jī)小分子體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的原理、結(jié)構(gòu)和發(fā)展現(xiàn)狀。同時設(shè)計合成了二個溶液可加工的新型有機(jī)小分子受體，我們研究了分子結(jié)構(gòu)與納米結(jié)構(gòu)的關(guān)系；合成了四個小分子給體材料，我們通過改變小分子末端基團(tuán)，構(gòu)筑新型給受體共軛小分子等方法成功實現(xiàn)了對給

2、體材料帶隙、能級、表面形貌、遷移率以及器件性能的調(diào)節(jié)。具體可分為三部分：
　　1.在小分子受體方面，首先合成了兩個基于內(nèi)酰亞胺（NDI）單元，通過噻吩和苯并噻二吩橋連的新型受體小分子Bis-NDI-T-EG和Bis-NDI-BDT-EG。紫外吸收和電化學(xué)測試表明兩分子在500~800nm處顯現(xiàn)出微弱的有吸收，其HOMO和LUMO能級分別為-5.88/-3.80eV，-5.46/-3.78eV。綜合兩分子的吸收及能級，我們分別選取了

3、聚合物（PBDTTT-C-T和PTB7）和小分子（p-DTS(FBTTh2)2和BDT-DPP）作給體，制備了非富勒烯有機(jī)太陽能電池。在一系列的優(yōu)化后，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)PBDTTT-C-T做給體時，兩小分子Bis-NDI-T-EG和Bis-NDI-BDT-EG得到最高效率，分別為1.31％，1.24%。
　　2.通過Stille偶聯(lián)方法合成了基于三苯胺（TPA）的小分子給受體TPA(2TPHM)3，將給體材料與PC71BM共混(1:4,

4、w/w)制備的光伏器件，分別在未退火，90℃和100℃熱退火下得到器件轉(zhuǎn)化效率分別為：1.33%，1.56%，1.75%，其中在100℃下退火10 min后得到的最佳器件光伏性能為：4.99 mA/cm2的短路電流，0.87 V的開路電壓，40%的填充因子和1.75%的光電轉(zhuǎn)化效率。
　　3.我們選取BDT-DPP-BDT為骨架，在其末端分別引入CNR和HTT單元，進(jìn)而得到小分子給體材料BDB,CNRBDB,HTTBDB。結(jié)果我們

5、發(fā)現(xiàn)，在骨架BDB上引入積性，平面性的吸電子基團(tuán)CNR，增大了分子的空穴遷移率，與PC71BM混合制備電池，填充因子FF也有27%增大到57%，PC71BM的相尺寸由70nm減小到20nm。當(dāng)在BDB骨架引入平面性較差的給電子基團(tuán)HTT，活性層給受體相尺寸都減小到20 nm，電流由4.22增大到9.66 mA/cm2，填充因子FF增高到46%?？傊?，本工作揭示了基于DPP的末端基團(tuán)對于調(diào)控相尺寸和光電性質(zhì)的重要性，對推動有機(jī)光電材料應(yīng)用