基于喹噁啉的星狀有機光伏材料的合成及其性能研究.pdf

1、本論文綜述了有機小分子光伏材料和太陽能電池的研究現(xiàn)狀。影響太陽能電池性能的主要因素是:給體材料的吸收光譜、溶解性和載流子遷移率。為了提高小分子材料的載流子遷移率和拓寬其吸收光譜,本文設(shè)計合成了基于喹噁啉結(jié)構(gòu)單元的星狀D4-A型有機小分子光伏材料、窄帶隙的星狀D4-A型有機小分子光伏材料和雙受體的星狀D(AD)2型三類有機小分子光伏材料。通過1H NMR、13C NMR和質(zhì)譜對目標化合物的結(jié)構(gòu)進行了表征,并通過紫外-可見吸收光譜(UV-v

2、is)、熱失重分析(TGA)和循環(huán)伏安(CV)等方法研究了有機小分子材料的光物理、熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。制作了基于有機小分子材料構(gòu)筑的太陽能電池器件,研究了材料的不同分子結(jié)構(gòu)對其光伏性能的影響。
　　本論文研究的主要內(nèi)容有:
　　1.設(shè)計合成了4個基于喹噁啉結(jié)構(gòu)單元的星狀D4-A型有機小分子光伏材料,探討了增加強供體單元個數(shù)對材料的光物理、熱穩(wěn)定性、電化學(xué)和光伏性能的影響。研究結(jié)果表明:隨著強供體單元個數(shù)的增加,其紫外-可見

3、吸收光譜發(fā)生明顯的紅移,同時光電轉(zhuǎn)換效率也有了一定程度的提高。在模擬太陽光(AM1.5,100 mW/cm2)照射下,與PC60BM(1:3 w/w)共混制作的有機小分子太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達到了0.37％。
　　2.設(shè)計合成了6個窄帶隙的星狀D4-A型有機小分子光伏材料,系統(tǒng)研究了增加噻吩單元個數(shù)對材料的光物理、熱穩(wěn)定性、電化學(xué)和光伏性能的影響。研究結(jié)果表明:隨著噻吩個數(shù)的增加,化合物的共軛度增加,紫外-可見吸收光譜發(fā)生了明

4、顯的紅移,能隙降低。與PC60BM(1:3 w/w)共混制作的太陽能電池中,獲得的的光電轉(zhuǎn)換效率達到了1.11%。
　　3.以不同電子傳輸能力的咔唑、芴和苯并二噻吩的衍生物為橋聯(lián)體,設(shè)計合成了3個雙受體的星狀D(AD)2型有機小分子光伏材料。探討了咔唑、芴和苯并二噻吩衍生物對材料的光物理、熱穩(wěn)定、電化學(xué)和光伏性能的影響。研究結(jié)果表明:隨著咔唑、芴、苯并二噻吩衍生物的電子傳輸能力的增強,這些材料的紫外-可見吸收光譜變寬、能隙降低。與