基于氟取代BT和BTA有機(jī)光伏材料合成與表征.pdf

1、如今，諸如煤、石油和天然氣等化石燃料的生產(chǎn)及使用帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，并且其儲(chǔ)量也日漸枯竭。因此，對(duì)可再生能源的開發(fā)變得日益緊迫。太陽(yáng)能發(fā)電，將取之不盡的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，是獲取清潔可再生能源的重要途徑之一。有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池由于重量輕、價(jià)格低廉、化學(xué)穩(wěn)定性良好和易于合成等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注。但其效率較低，大幅度提高小分子太陽(yáng)能電池效率是材料設(shè)計(jì)的目標(biāo)。
　　本論文成功設(shè)計(jì)并合成了十種有機(jī)小分子光伏材料(PV)，結(jié)構(gòu)均為D-π-

2、A-π-D，以雙氟取代的苯并噻二唑(dFBT)為吸電子單元的BT系列，和以雙氟取代的苯駢三氮唑(dFBTA)為吸電子單元的BTAO系列及BTAH系列，它們都以三苯胺(TPA)為供電子單元，π鍵橋分別是氰基乙烯基(CN)、碳碳三鍵(T)、碳碳雙鍵(E)和碳碳單鍵(S)。經(jīng)過(guò)一系列性能測(cè)試，包括密度泛函理論計(jì)算(DFT)、紫外-可見吸收性能測(cè)試(UV-Vis)、循環(huán)伏安測(cè)試(CV)，研究了不同吸電子單元對(duì)材料的平面性、光學(xué)性能和電化學(xué)性能的

3、影響。其中，BT系列比BTAO系列具有更低的HOMO能級(jí)和更良好的平面性;通過(guò)對(duì)比BTAO系列與BTAH系列，在共軛骨架中引入烷基鏈，會(huì)顯著增加材料的溶解性，但由于空間位阻的作用，大大降低了材料的平面性。
　　最后，將三系列十種材料制作成本體異質(zhì)結(jié)(BHJ)太陽(yáng)能電池器件，其結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT∶PSS/Donors∶PC61BM(1∶2，w/w)/Al，在模擬太陽(yáng)光AM1.5 G(100 mW·cm-2)下對(duì)電池的光伏性能進(jìn)

4、行測(cè)試。結(jié)果顯示，(Ⅰ)所有材料的能級(jí)均與受體材料PC61BM匹配，符合光伏材料設(shè)計(jì)要求;(Ⅱ) BT系列材料HOMO能級(jí)最低，因而獲得較高開路電壓（平均值大于1.0V），材料(TPACN)2BT獲得電壓為1.09 V，在小分子光伏領(lǐng)域?qū)儆谳^高值;(Ⅲ)由于BTAH系列的共軛骨架無(wú)烷基鏈，使之溶解性變差，但平面性卻大為改善，因此短路電流密度更高（均在10 mA·cm-2以上），從而獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　通過(guò)以上工作所取得的