苯并三噻吩類有機半導(dǎo)體材料的合成與性質(zhì)研究.pdf

1、有機太陽能電池具有質(zhì)量輕、柔性、加工性能良好、易于大面積制作等特點,有著廣闊的技術(shù)應(yīng)用前景,是當(dāng)前國際太陽能電池研究領(lǐng)域的競爭熱點之一。在過去的十多年中,基于共軛半導(dǎo)體給體/PCBM給受共混的有機體異質(zhì)結(jié)太陽能電池得到廣泛而深入的研究,目前基于高分子和有機分子給體/PCBM受體的體異質(zhì)結(jié)有機太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到5-9％和3-7%,效率不高的原因主要有以下兩個方面:(1)給受體帶隙與太陽光譜的不理想匹配導(dǎo)致低的太陽光吸收效率;

2、給體與受體PCBM能級的不理想匹配導(dǎo)致低的輸出電壓。(2)激子擴散距離有限和電荷輸運過程中各種電荷重組導(dǎo)致低的載流子遷移率和輸出電流。為了獲得在可見光區(qū)具有寬而強吸收、能級與帶隙可調(diào)控并與PCBM受體匹配、具有良好溶液加工性能和載流子輸運性質(zhì)的給體材料,本研究基于苯并三噻吩平面分子結(jié)構(gòu),設(shè)計了兩類可應(yīng)用于有機太陽能電池的新型給體材料,并圍繞它們的合成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)表征等方面開展了如下研究工作:
　　 設(shè)計并合成了一種新的具有潛在醌

3、式結(jié)構(gòu)的單體材料化合物7,通過核磁共振氫譜和碳譜以及質(zhì)譜對其進(jìn)行了化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定。化合物7可用于和其它共軛芳環(huán)結(jié)構(gòu)共聚獲得具有窄帶結(jié)構(gòu)的交替共聚物半導(dǎo)體材料,有利于改善有機太陽能電池活性層光吸收性能。
　　 設(shè)計合成了兩個具有二維π共軛平面結(jié)構(gòu)的小分子給體材料——BTTh-BTD-1和BTTh-BTD-2,并對其化學(xué)結(jié)構(gòu)、熱性能、穩(wěn)態(tài)光譜、電化學(xué)性質(zhì)等方面進(jìn)行了表征。BTTh-BTD-1和BTTh-BTD-2具有良好的熱穩(wěn)定性和溶

4、解性能,在可見光區(qū)有較寬吸收,兩者薄膜的紫外可見吸收光譜相對于溶液有較大的紅移,說明這兩種分子材料在薄膜狀態(tài)下分子間具有強的π-π堆疊。由于BTTh-BTD-2的支臂多一個噻吩單元,具有更大的兀共軛平面,分子間π-π堆疊作用更加顯著。相對于BTTh-BTD-1,BTTh-BTD-2芳環(huán)骨架上的質(zhì)子核磁共振信號出現(xiàn)明顯鈍化且化學(xué)位移向高場方向移動:紫外可見吸收光譜中λmax和λonset紅移明顯:熒光強度劇減;氧化起始電位降低0.15V,