可溶液加工D-A型有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池給體材料合成及其光伏性能研究

【摘要】：隨著煤、石油等傳統(tǒng)能源的日益消耗，尋找新型、無(wú)污染的環(huán)境友好型的可再生能源已成為一個(gè)世界性的課題，太陽(yáng)能由于具有無(wú)污染，取之不盡等自身的優(yōu)點(diǎn)而受到人類(lèi)的關(guān)注和開(kāi)發(fā)利用。有機(jī)太陽(yáng)能電池由于制備工藝簡(jiǎn)單、廉價(jià)、易于大面積制備及柔性等優(yōu)點(diǎn)，而成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。有機(jī)體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池根據(jù)活性層中給體材料的不同又可分為聚合物太陽(yáng)能電池和小分子太陽(yáng)能電池。文獻(xiàn)報(bào)道的聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)9.2%，有機(jī)小分子體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率亦已達(dá)到8.12%。小分子太陽(yáng)能電池與聚合物太陽(yáng)電池相比：具有分子易于設(shè)計(jì)修飾、提純方便、分子結(jié)構(gòu)明確、合成重復(fù)性好、分子量確定等優(yōu)點(diǎn)，而備受關(guān)注。 本文是根據(jù)給體-受體（D-A）的設(shè)計(jì)思路，合成了一系列有機(jī)小分子給體材料并對(duì)其光伏性能進(jìn)行了研究。 在第二章中，我們將硫靛引入到小分子體系中。硫靛是用噻吩取代異靛外側(cè)的苯環(huán)。噻吩環(huán)比苯環(huán)顯示更強(qiáng)的給電子性，而且基于硫靛的共軛聚合物的光吸收可以延伸到更長(zhǎng)波長(zhǎng)，我們合成了含硫靛的小分子TIDO2T在薄膜中的吸收可拓寬至871nm。結(jié)果表明，與異靛相比，基于硫靛的小分子吸收光譜可以擴(kuò)展到近紅外（NIR）。TIDO2T的光學(xué)帶隙為1.42eV，HOMO能級(jí)為-4.87eV，LUMO能級(jí)為-3.45eV?；赥IDO2T的有機(jī)太陽(yáng)能電池顯示出1.14％的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），0.44V的開(kāi)路電壓（Voc），7.76mA/cm2的短路電流（Jsc）和33％的填充因子（FF）。這是首次將硫靛成功地應(yīng)用到可溶液加工的有機(jī)太陽(yáng)能電池中。 在第三章中，我們將并噻唑和苯并噻二唑兩種受體通過(guò)噻吩π-電橋連接，合成了含雙受體的小分子DTTz-DTBTT。該小分子具有良好的熱穩(wěn)定性，優(yōu)良的溶解性和成膜性。DTTz-DTBTT的光學(xué)帶隙為1.65eV，HOMO能級(jí)為-5.05eV，LUMO能級(jí)為-3.07eV?；贒TTz-DTBTT和PC61BM的有機(jī)太陽(yáng)能電池得到0.66V的Voc，5.11mA/cm2的Jsc，和48%的FF，1.64％的PCE。測(cè)試結(jié)果表明，基于兩種不同受體的小分子對(duì)于給體材料的設(shè)計(jì)是一種有效的策略。 在第四章中，通過(guò)引入二維苯并二噻吩單元，進(jìn)一步降低了小分子的帶寬，有利于獲得高的短路電流和開(kāi)路電壓。引入強(qiáng)吸電子的氰基乙酸辛酯和電子受體苯并三氮唑單元，有效地調(diào)節(jié)了分子的HOMO和LUMO能級(jí)，相應(yīng)的HOMO和LUMO能級(jí)分別為-5.13eV和-3.31eV，使得小分子與PC61BM的能級(jí)匹配更理想。采用簡(jiǎn)單旋涂法制造工藝，基于D(CATBTzT)BDT:PC61BM的有機(jī)太陽(yáng)能電池得到3.61％的PCE與0.93V的高開(kāi)路電壓；該太陽(yáng)能電池也可以顯示高達(dá)72％的FF。 在第五章中，我們通過(guò)Stille偶合反應(yīng)合成了兩種窄帶隙的有機(jī)小分子DRTBTTBDT和DRTBTTBDTT，其光學(xué)帶隙的分別是1.80eV和1.81eV。相應(yīng)的HOMO能級(jí)分別為-5.09eV和-5.13eV， LUMO能級(jí)分別為-3.28eV和-3.33eV。二維苯并二噻吩的引入，有效地調(diào)節(jié)了HOMO、LUMO能級(jí)，降低了材料的能級(jí)，獲得了比較高的開(kāi)路電壓。通過(guò)對(duì)材料體系的微調(diào)，可以改善電流或是電壓，但獲得的小分子在與PC61BM共混的器件整體的光電轉(zhuǎn)換效率偏低。DRTBTTBDT最優(yōu)化光電轉(zhuǎn)換效率PCE為1.01%，開(kāi)路電壓（Voc）為0.70V，短路電流為4.15mA/cm2（Jsc）和填充因子（FF）35％。退火溫度100℃時(shí)，DRTBTTBDT和DRTBTTBDTT得到最大的遷移率值分別為0.004和0.016cm2/Vs，二維的小分子表現(xiàn)出了比較高的遷移率。 【關(guān)鍵詞】：小分子 有機(jī)太陽(yáng)能電池 溶液加工 給體-受體 苯并二噻吩
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的基本原理、性能參數(shù)11-14
• 1.2.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池的基本原理11-13
• 1.2.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)13-14
• 1.3 可溶液加工的有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池給體材料的研究進(jìn)展14-21
• 1.3.1 寡聚噻吩類(lèi)14-16
• 1.3.2 三苯胺類(lèi)16-18
• 1.3.3 吡咯并吡咯二酮類(lèi)（DPP）18-19
• 1.3.4 苯并二噻吩類(lèi)（BDT）19-20
• 1.3.5 其他雜環(huán)類(lèi)20-21
• 1.4 研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新之處21-23
• 第二章 基于硫靛有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池的合成及性能研究23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分23-27
• 2.2.1 原料與試劑23-24
• 2.2.2 材料表征的設(shè)備與儀器24
• 2.2.3 單體及小分子的合成24-27
• 2.3 結(jié)果與討論27-32
• 2.3.1 目標(biāo)產(chǎn)物的合成與表征27-28
• 2.3.2 小分子的紫外吸收特性28-29
• 2.3.3 小分子的電化學(xué)特性29-30
• 2.3.4 小分子的光伏性能30-32
• 2.3.5 小分子的形貌32
• 2.4 本章小結(jié)32-35
• 第三章 基于并噻唑的有機(jī)小分子的合成及性能研究35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分35-39
• 3.2.1 原料與試劑35-36
• 3.2.2 材料表征的設(shè)備與儀器36
• 3.2.3 單體及小分子的合成36-39
• 3.3 結(jié)果與討論39-44
• 3.3.1 目標(biāo)產(chǎn)物的合成與表征39
• 3.3.2 小分子的熱學(xué)性質(zhì)分析39-40
• 3.3.3 小分子的光學(xué)性質(zhì)40
• 3.3.4 小分子的電化學(xué)性質(zhì)40-41
• 3.3.5 小分子的光伏性能41-43
• 3.3.6 小分子的形貌43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 基于苯并二噻吩和苯并三氮唑的有機(jī)小分子的合成及性能研究45-59
• 4.1 引言45-47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分47-50
• 4.2.1 原料與試劑47
• 4.2.2 材料表征的設(shè)備與儀器47-48
• 4.2.3 單體及小分子的合成48-50
• 4.3 結(jié)果與討論50-57
• 4.3.1 目標(biāo)產(chǎn)物的合成與表征50-51
• 4.3.2 小分子的熱學(xué)性質(zhì)分析51-52
• 4.3.3 小分子的光學(xué)性質(zhì)52-53
• 4.3.4 小分子的電化學(xué)性質(zhì)53-54
• 4.3.5 小分子 D(CATBTzT)BDT 的理論計(jì)算研究54
• 4.3.6 小分子的光伏性能研究54-57
• 4.3.7 小分子的形貌研究57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第五章 基于苯并二噻吩一維和二維有機(jī)小分子的合成及性能研究59-73
• 5.1 引言59-60
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分60-64
• 5.2.1 原料與試劑60
• 5.2.2 材料表征的設(shè)備與儀器60
• 5.2.3 單體及小分子的合成60-64
• 5.3 結(jié)果與討論64-71
• 5.3.1 目標(biāo)產(chǎn)物的合成與表征64
• 5.3.2 小分子的光學(xué)性質(zhì)64-66
• 5.3.3 小分子的電化學(xué)性質(zhì)66
• 5.3.4 小分子場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OFET）性質(zhì)66-70
• 5.3.5 小分子的光伏性能研究70-71
• 5.4 本章小結(jié)71-73
• 結(jié)論73-75
• 參考文獻(xiàn)75-83
• 致謝83-85
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷85
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文85-86

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來(lái)了解更多相關(guān)內(nèi)容

繞丹寧修飾富勒烯作為新型聚合物太陽(yáng)能電池受體光伏材料增強(qiáng)光吸收(英文)    謝麗欣;趙雪梅;趙志強(qiáng);甄杰明;陳木青;朱俊;戴松元;楊上峰;

吡嗪聚合物和卟啉小分子的合成及其光伏性能研究    秦紅梅

基于卟啉的小分子和聚合物的合成及其光伏性能研究    黃玉英

以萘及氟萘為端基的二酮吡咯并吡咯類(lèi)小分子光伏性能研究    周睿

含硫小分子高效有機(jī)太陽(yáng)能電池給體材料的分子設(shè)計(jì)    Shamsa Bibi

醇溶性胺基功能化共軛有機(jī)/聚合物的合成與光電性能研究    劉升建

有機(jī)小分子雜化阻尼材料研究進(jìn)展    何利軍;趙云峰;詹茂盛;游少雄;

有機(jī)小分子在修飾鉑電極上的電化學(xué)氧化    魏杰;王東田;李傳響;王葉青;

有機(jī)小分子溶液的紅外吸收光譜的分子動(dòng)力學(xué)模擬    丁楊;毛英臣;許佩軍;宛素鈺;劉銳;李貝貝;

極性有機(jī)小分子PC-Nafion膜的結(jié)構(gòu)特性    田立穎,唐小真

淺析食包材料高錳酸鉀消耗量性能試驗(yàn)的影響因素    趙賀春;于坤;許強(qiáng);王彥超;

美研制新材料為柔性太陽(yáng)能電池鋪路    柴麗;

新型有機(jī)小分子凝膠    胡海宇;陳傳峰;

聚丙烯酸酯/有機(jī)小分子雜化材料的阻尼增效機(jī)理研究    劉重陽(yáng);管愛(ài)國(guó);吳國(guó)章;

C_(60)內(nèi)嵌有機(jī)小分子及其性質(zhì)的理論研究    金蓮姬;張珉;蘇忠民;

有機(jī)小分子催化的不對(duì)稱(chēng)多組分反應(yīng)    龔流柱;

吡咯烷基磷酸酯類(lèi)有機(jī)小分子催化的Michael加成反應(yīng)研究    陳剛;丁奎嶺;

多孔氧化鋁/有機(jī)小分子復(fù)合體系中的發(fā)光現(xiàn)象    徐春祥;薛清華;徐洪光;唐潔影;張俊祥;崔一平;

固載有機(jī)小分子催化材料的合成與應(yīng)用研究    吳海虹;孫彩霞;劉月明;吳鵬;

表面增強(qiáng)拉曼散射基底的設(shè)計(jì)及其在有機(jī)小分子檢測(cè)中的應(yīng)用    劉曉娟;逯樂(lè)慧;

長(zhǎng)鏈芳酰腙的合成及凝膠性能研究    符永鵬;林奇;魏太保;張有明;

復(fù)合型金屬/有機(jī)小分子協(xié)同活化催化若干有機(jī)合成反應(yīng)的研究    徐利文;

有機(jī)小分子吸收能的精確計(jì)算：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與支持向量機(jī)方法    高婷

單電荷有機(jī)小分子可控組裝與膜功能化研究    李芳

從均相到多相：若干手性有機(jī)小分子不對(duì)稱(chēng)催化反應(yīng)研究    王幫根

脯氨酸衍生的新型有機(jī)小分子的合成及其催化不對(duì)稱(chēng)碳—碳鍵形成反應(yīng)研究    傅玉琴

磷酸根陰離子家族與有機(jī)小分子的特異性識(shí)別及其光分析化學(xué)    梁麗嬌

雙吲哚甲烷類(lèi)化合物以及有機(jī)小分子催化的手性胺類(lèi)化合物的合成    林華

新型有機(jī)小分子手性催化劑的設(shè)計(jì)及不對(duì)稱(chēng)催化反應(yīng)研究    李小娟

氧化物和有機(jī)小分子中磁性及相關(guān)特性的理論研究    王豐功

氧負(fù)離子（O~-）與若干有機(jī)小分子的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究    于鋒

有機(jī)小分子催化的一些Michael加成啟動(dòng)的不對(duì)稱(chēng)串聯(lián)反應(yīng)研究    耿志聰

含腙式結(jié)構(gòu)有機(jī)小分子的合成及其可調(diào)光電性能研究    周峰

C_（60）及（5，5）椅式單壁碳納米管內(nèi)嵌有機(jī)小分子結(jié)構(gòu)的理論研究    金蓮姬

有機(jī)小分子在納米氫氧化鎳膜電極上催化氧化的非線性動(dòng)力學(xué)行為研究    黃煒

有機(jī)小分子和碳點(diǎn)在磷的含氧酸根陰離子分析中的應(yīng)用    趙恒新

功能化有機(jī)小分子凝膠的合成與性質(zhì)研究    疏天民

光度法研究有機(jī)小分子與蛋白質(zhì)的相互作用機(jī)理    孫艷梅

有機(jī)小分子催化吖內(nèi)酯動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)拆分反應(yīng)    汪楊

基于薄荷基團(tuán)的有機(jī)小分子凝膠的性質(zhì)研究及其應(yīng)用    李翼

熒光有機(jī)小分子試劑在磷酸根陰離子家族典型成員分析中的應(yīng)用研究    樂(lè)敏

光電功能有機(jī)小分子發(fā)光材料的設(shè)計(jì)合成及性質(zhì)研究    周義鋒