非富勒烯小分子受體材料的研究及光伏應(yīng)用.pdf

1、富勒烯及其衍生物因具有較好的電子親合性、高的電子遷移率和各向同性的電荷傳輸性能等優(yōu)點(diǎn)成為有機(jī)太陽(yáng)電池領(lǐng)域里占主導(dǎo)地位的受體。然而，其較寬的帶隙、制備時(shí)提純困難、價(jià)格昂貴、能級(jí)不易調(diào)節(jié)等問(wèn)題限制了其工業(yè)化應(yīng)用以及有機(jī)太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)的進(jìn)一步提高。因此，制備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合成方便、具有較寬的光吸收范圍的非富勒烯受體材料顯得非常重要?；谶@些考慮，本論文從分子設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，分別以異靛藍(lán)和吡咯并吡咯二酮為吸電子單元，通過(guò)D-A作用構(gòu)

2、建了不同結(jié)構(gòu)的非富勒烯小分子受體材料。具體工作有:
　　1.設(shè)計(jì)合成了以環(huán)戊雙噻吩(CPDT)為核、兩邊異靛藍(lán)(ⅡD)封端的小分子受體材料CPDT(ⅡD)2。由于合適的能級(jí)和較窄的帶隙，當(dāng)將它作為受體材料與聚（3-己基噻吩）(P3HT)共混制備成有機(jī)太陽(yáng)電池時(shí)，產(chǎn)生了高達(dá)1.02 V的開(kāi)路電壓(VOC)和0.97％的PCE。這是首次將異靛藍(lán)基團(tuán)應(yīng)用到小分子受體材料中的例子，證明了異靛藍(lán)基團(tuán)作為強(qiáng)吸電子基團(tuán)在非富勒烯受體材料中應(yīng)用的

3、潛力。
　　2.設(shè)計(jì)合成了以芴(F)為核、兩邊異靛藍(lán)(ⅡD)封端的小分子受體材料F(ⅡD)2?；赑3HT∶F(ⅡD)2的有機(jī)太陽(yáng)電池獲得了較高的0.79％的PCE。進(jìn)一步對(duì)F(ⅡD)2進(jìn)行分子修飾，獲得了其他三種小分子受體材料:一種是在末端引入F原子(F(FⅡD)2)，使材料的HOMO和LUMO能級(jí)同時(shí)降低了0.05 eV，有利于激子的分離;另外兩種是在芴與異靛藍(lán)中間插入一個(gè)或兩個(gè)噻吩基(F(TⅡD)2和F(TTⅡD)2)，降低

4、了材料的帶隙，拓寬了光譜吸收范圍。但是，這三種受體材料的光伏性能均劣于F(ⅡD)2，主要原因是與P3HT相容性差，導(dǎo)致相分離尺寸大。
　　3.設(shè)計(jì)合成了以苯(Ph)為核、吡咯并吡咯二酮(DPP)為臂的三種小分子受體材料Ph(DPP)2、 PhDMe(DPP)2和Ph(DPP)3。由于PhDMe(DPP)2中間的核是2，5-二甲基苯(PhDMe)，分子的平面性最差，因此當(dāng)它與P3HT復(fù)合后，產(chǎn)生最小的相分離尺寸，激子分離效率和電子遷