D-A型有機小分子光伏材料的合成及其結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究.pdf

1、21世紀以來，在化石能源的日益匱乏以及環(huán)境污染日趨嚴重的雙重制約之下，迫使人們開發(fā)清潔、無污染、可持續(xù)發(fā)展的新能源。有機太陽能電池(OPV)由于具有清潔無污染、無地域限制、質(zhì)量輕、柔性、可大面積制作以及取之不盡用之不竭等優(yōu)點，成為近年來世界各國新能源開發(fā)與應(yīng)用的重點研究方向。尤其是小分子有機太陽電池，由于其具有材料來源廣泛、分子結(jié)構(gòu)確定、沒有批次差異、易于純化、沒有端基影響以及很好的重復(fù)性等優(yōu)勢，備受科研工作者和光伏公司的青睞。本論文對

2、有機太陽能電池的發(fā)展歷程、工作原理以及有機太陽能電池活性層給、受體材料進行了系統(tǒng)的闡述。針對目前有機太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率仍然不能滿足商業(yè)化生產(chǎn)的需求、高效給體材料種類較少、分子的結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系尚不明確等關(guān)鍵科學(xué)問題，設(shè)計合成了系列基于吡咯并吡咯二酮(DPP)以及苯并噻二唑(BT)單元的給體(D)-受體(A)型的有機小分子太陽能電池給體材料，并表征了有機小分子光伏給體材料的分子結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)研究了它們的光物理性能、熱穩(wěn)定性能、電化學(xué)性

3、能、電荷傳輸性能及其在本體異質(zhì)結(jié)(BHJ)有機光伏（OPV）器件中的光伏性能，初步揭示了D-A型有機小分子光伏材料的分子結(jié)構(gòu)與光物理、電化學(xué)、電荷傳輸、光伏等性能的關(guān)系，獲得了性能優(yōu)良的有機太陽能電池小分子給體材料。本論文的研究內(nèi)容如下：
　　1)設(shè)計合成了一系列以三苯胺、咔唑、噻吩、菲等為末端D單元，以DPP衍生物為A單元，9,10-位、2,6-位蒽和1,6-位、2,7-位芘為中心D單元的D-A型、D-A-D型以及D1-A-D-

4、A-D1型窄帶隙小分子光伏給體材料。系統(tǒng)研究了小分子的構(gòu)型、中心單元及其連接位置的改變、以及末端基團的改變對小分子光伏性能的影響。其中以2,7-位芘為中心D單元，2-辛基噻吩為末端D單元的小分子ThDPP2Py(2,7)顯示出最好的光伏性能，其BHJ-OPV器件的能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)為5.88％，短路電流(Jsc)、開路電壓(Voc)和填充因子(FF)分別為15.35mA/cm2、0.66V和57.89%。
　　2)設(shè)計合成了一

5、系列以不同烷基鏈取代的DPP為A單元，2,7-位芘為中心D單元的A-D-A型窄帶隙小分子光伏給體材料。系統(tǒng)研究了烷基鏈的長度對小分子器件性能的影響。研究結(jié)果表明，其中以2-乙基己基作為取代烷基的小分子C8-DPP2Py顯示了較好的器件性能，其BHJ-OPV器件的PCE達到了5.67%，其Jsc、Voc和FF分別為11.13mA/cm2、0.85V和60.07%。
　　3)設(shè)計合成了以3-辛氧基苯或4-氟-3-辛氧基苯取代的苯并二噻

6、吩(BDT)為中心D單元，N-烷基化以及O-烷基化的DPP為A單元的A-D-A型窄帶隙小分子光伏給體材料。系統(tǒng)研究了氟原子取代以及DPP異構(gòu)化對小分子器件性能的影響。其中基于4-氟-3-辛氧基苯取代的BDT和N-烷基化的DPP的小分子POFPBDT-2DPP顯示了較好的器件性能，其BHJ-OPV器件的PCE達到了3.15%，其Jsc、Voc和FF分別為8.33mA/cm2、0.95V和39.60%。
　　4)設(shè)計合成了一個新型的五

7、元稠環(huán)苯并二(吡啶并噻吩)(BDPT)，并以其為中心D單元，DPP、BT以及氟取代BT為末端A單元合成得到了一系列A-D-A型小分子光伏給體材料。其中基于BDPT與DPP的小分子BDPT-2DPP顯示了較好的器件性能，其BHJ-OPV器件的PCE為3.97%，其Jsc、Voc和FF分別為9.00mA/cm2、0.84V和52.37%。
　　5)設(shè)計合成了一系列以咔唑、菲為末端D單元、BT衍生物為A單元、2,7-位芘為中心D單元的A