可溶液加工的芳香稠環(huán)電子受體.pdf

1、太陽(yáng)能電池通過光伏效應(yīng)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，是當(dāng)前合理利用太陽(yáng)能的重要形式。相對(duì)于傳統(tǒng)無機(jī)太陽(yáng)能電池，有機(jī)太陽(yáng)能電池具有成本低、重量輕、柔性、可大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的發(fā)展前景。有機(jī)太陽(yáng)能電池的光伏材料可分為給體材料和受體材料。目前有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層的受體材料主要是富勒烯衍生物。但是富勒烯受體材料成本較高，分離提純較難，而且在可見光及近紅外區(qū)域的吸收很弱，很難通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)控能級(jí)和吸收。在有機(jī)太陽(yáng)能電池中，電子受體材料與電子給體

2、材料具有同樣重要的地位，但是其發(fā)展仍然要落后于電子給體材料，所以開發(fā)新型非富勒烯受體材料很有必要。
　　本論文選取萘酰亞胺(NMI)、引達(dá)醒(IDT)和吡咯酮(DPP)等有機(jī)半導(dǎo)體材料單元，設(shè)計(jì)并合成了多個(gè)可溶液加工的芳香稠環(huán)非富勒烯電子受體材料，研究了它們的光學(xué)、電化學(xué)、電荷傳輸?shù)然拘再|(zhì)及其光伏性能。主要內(nèi)容及研究結(jié)果如下:
　　1.通過打斷苝二酰亞胺主干，插入不同共軛程度單元（單鍵、噻吩、引達(dá)醒）的方法，合成三個(gè)萘酰亞

3、胺衍生物，化合物1-3在紫外可見光區(qū)都具有較好的吸收，合適的電化學(xué)能級(jí)，隨著共軛單元的增大，吸收光譜依次紅移，摩爾消光系數(shù)依次增大，光學(xué)帶隙依次減小，化合物的LUMO能級(jí)逐漸降低，而HOMO能級(jí)逐漸升高。將這些化合物作為電子受體材料與經(jīng)典聚合物給體P3HT共混制備有機(jī)太陽(yáng)能電池器件，以大共軛稠環(huán)引達(dá)醒為橋聯(lián)單元的化合物3光伏性能最好，光電轉(zhuǎn)化效率為2.36％。
　　2.設(shè)計(jì)合成了一種高度平面性的稠環(huán)電子受體材料IC-C6IDT-I

4、C，該化合物在可見光區(qū)500-800 nm范圍內(nèi)有強(qiáng)吸收光譜，摩爾消光系數(shù)高達(dá)2.4×105 M-1cm-1，電子遷移率高達(dá)1.1×10-3 cm2 V-1 s-1，HOMO和LUMO能級(jí)分別為-5.69 eV和-3.91 eV，和一些高性能聚合物給體能級(jí)匹配?；诨衔颕C-C6IDT-IC的本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)8.71％，是目前在不經(jīng)過任何后處理的情況下，基于非富勒烯受體聚合物太陽(yáng)能電池的效率最高值。與稠環(huán)電子

5、受體應(yīng)當(dāng)具有扭曲結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)觀念不同，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明平面性好的分子也可以作為電子受體材料應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池中。
　　3.合成一種基于七并引達(dá)醒單元的非富勒烯電子受體材料ITIC-Th，該材料在可見光區(qū)和近紅外區(qū)有較強(qiáng)的吸收，具有較高的電子遷移率，能級(jí)可與窄帶隙給體PTB7-Th和寬帶隙給體PDBT-T1相匹配?；赑TB7-Th∶ITIC-Th和PDBT-T1∶ITIC-Th共混膜都具有較高的遷移率，且空穴遷移率與電子遷移率相當(dāng)，

6、可以保證高效的載流子傳輸。以PTB7-Th與ITIC-Th共混制備有機(jī)太陽(yáng)能電池器件，光電轉(zhuǎn)化效率可達(dá)8.7％。相對(duì)PTB7-Th而言，PDBT-T1有更低的HOMO能級(jí)，與ITIC-Th更互補(bǔ)的光譜吸收，基于PDBT-T1∶ITIC-Th的有機(jī)太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率高達(dá)9.6％，是當(dāng)時(shí)所報(bào)道的基于非富勒烯受體有機(jī)太陽(yáng)能電池器件效率最高值。
　　4.以四苯基乙烯為核，吡咯酮為臂合成了三維星型電子受體材料TPE-DPP4，該分子在4