基于側(cè)鏈修飾的卟啉小分子太陽(yáng)能電池的合成及其光伏性能研究

【摘要】：能源問(wèn)題對(duì)于人類(lèi)生存和發(fā)展至關(guān)重要。有機(jī)太陽(yáng)能電池(OPVs)被認(rèn)為是非常有前途的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換技術(shù),具有可溶液加工,質(zhì)輕,成本低廉,輕巧便攜等優(yōu)點(diǎn)。卟啉與具有光合作用的葉綠素結(jié)構(gòu)非常類(lèi)似,而且它具有較大的摩爾消光系數(shù),快速的電子注入,良好的光物理特性和熱穩(wěn)定性,可以通過(guò)更換中間空腔內(nèi)的金屬和在外圍引入不同的取代基實(shí)現(xiàn)電化學(xué)和光物理特性的調(diào)節(jié),因此在光電子領(lǐng)域具有良好應(yīng)用潛力。本課題組黃玉英在卟啉單元兩邊連接吡咯并吡咯二酮,meso位通過(guò)乙炔基連接,與PC60BM共混得到4.78%的效率。秦紅梅采用帶有空間位阻更小的meso取代基團(tuán)的卟啉小分子作為給體材料,最優(yōu)化器件效率高達(dá)7.23%。表明該體系小分子在獲取更高的光電轉(zhuǎn)效率和更優(yōu)異的器件性能方面表現(xiàn)出了巨大的潛力。與不斷地設(shè)計(jì)和合成全新的共軛體系相比,適度調(diào)整靈活多變的側(cè)鏈來(lái)提升有機(jī)半導(dǎo)體的器件性能不失為一種有效的方法。本論文的工作就是在基于卟啉和DPP構(gòu)成的A–π–D–π–A結(jié)構(gòu)中,通過(guò)側(cè)鏈修飾,在保證能級(jí)變化較小的前提下進(jìn)一步改善小分子的溶解性,成膜性和載流子遷移等性質(zhì),從而提升光電性能。在第二章中,我們?cè)诨谶策虳PP的A–π–D–π–A型結(jié)構(gòu)下,對(duì)卟啉進(jìn)行側(cè)鏈修飾,分別得到了Meso位不帶烷基鏈,帶有脂肪族直鏈烷基鏈,帶有連接PEG鏈的芳香族側(cè)鏈的小分子。通過(guò)改善分子的溶解性,空間構(gòu)型和分子間相互作用,從而影響到整個(gè)材料對(duì)太陽(yáng)光的吸收,能級(jí)和載流子遷移性質(zhì),進(jìn)而影響到材料的共混形貌光伏器件的性能。Por-PEG-DPP-EH中,PEG鏈的苯環(huán)取代基與卟啉分子骨架撐開(kāi)了一個(gè)更大的角度,大幅度的提高了分子的溶解性和成膜性,優(yōu)化后的器件效率高達(dá)6.23%。表明這種具有親水性的側(cè)鏈在改善分子的溶解性,成膜性和光伏性能上有著積極的作用。在第三章中,為了更加深入和全面的研究這種特殊性能的PEG鏈對(duì)卟啉-DPP體系的影響,我們通過(guò)改變PEG鏈的取代位置和數(shù)目,設(shè)計(jì)并合成了另外兩個(gè)小分子Por-OC8-DPP-PEG和Por-PEG-DPP-PEG。然后系統(tǒng)的探討這三個(gè)小分子的一系列性能,包括光學(xué),電化學(xué)和光伏性能。在第四章中,我們根據(jù)Meso-四取代卟啉小分子在OFET和OPV中的研究狀況,采用吸電子能力適中的二噻吩苯并噻二唑(DTBT)這個(gè)受體單元設(shè)計(jì)了小分子Zn DTBT,以期能獲得較高的光電轉(zhuǎn)換效率和遷移率。 【關(guān)鍵詞】：卟啉 小分子 溶液加工 太陽(yáng)能電池
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4;O626
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-37
• 1.1 引言11-12
• 1.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)，基本原理，性能參數(shù)和影響因素12-16
• 1.2.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池典型器件結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的基本原理13-14
• 1.2.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能參數(shù)14-15
• 1.2.4 有機(jī)太陽(yáng)能電池性能影響因素15-16
• 1.3 小分子給體材料應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展16-25
• 1.3.1 吡咯并吡咯二酮（Diketopyrrolopyrrole）類(lèi)光伏性能16-18
• 1.3.2 低聚噻吩（Oligothiophene）類(lèi)光伏性能18-19
• 1.3.3 三苯胺(Triphenylamine)類(lèi)光伏性能19-21
• 1.3.4 并苯及其衍生物類(lèi)(Acene)光伏性能21-22
• 1.3.5 基于卟啉及其衍生物(Porphyrin)類(lèi)光伏性能22-25
• 1.4 側(cè)鏈修飾在有機(jī)半導(dǎo)體材料中的研究進(jìn)展25-34
• 1.4.1 側(cè)鏈取代基的常用種類(lèi)25-31
• 1.4.1.1 烷基鏈25-26
• 1.4.1.2 混合側(cè)鏈26-29
• 1.4.1.3 氟代烷基鏈29-30
• 1.4.1.4 Oligo（乙二醇）類(lèi)的側(cè)鏈30-31
• 1.4.2 側(cè)鏈取代位置的影響31-34
• 1.5 本論文的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新之處34-37
• 1.5.1 本論文的研究?jī)?nèi)容34-35
• 1.5.2 本論文的創(chuàng)新之處35-37
• 第二章 基于卟啉側(cè)鏈修飾的A-π-D-π-A型小分子的光伏性能研究37-56
• 2.1 引言37-38
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分38-47
• 2.2.1 原料與試劑38-39
• 2.2.2 表征設(shè)備與儀器39-40
• 2.2.3 中間體的合成40-45
• 2.2.4 目標(biāo)產(chǎn)物的合成45-47
• 2.3 結(jié)果與討論47-54
• 2.3.1 目標(biāo)產(chǎn)物的合成與表征47
• 2.3.2 小分子的紫外吸收特性47-49
• 2.3.3 小分子的電化學(xué)特性49-51
• 2.3.4 小分子的光伏性能51-54
• 2.3.4.1 器件性能51-52
• 2.3.4.2 外量子效率（EQE）52-53
• 2.3.4.3 電荷遷移率53-54
• 2.4 本章小結(jié)54-56
• 第三章 基于PEG鏈取代位置不同的A-π-D-π-A型卟啉小分子的光伏性能研究56-74
• 3.1 引言56-57
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分57-64
• 3.2.1 原料與試劑57-58
• 3.2.2 表征設(shè)備與儀器58-59
• 3.2.3 中間體的合成59-63
• 3.2.4 目標(biāo)產(chǎn)物的合成63-64
• 3.3 結(jié)果與討論64-72
• 3.3.1 目標(biāo)產(chǎn)物的合成與表征64-65
• 3.3.2 小分子的紫外吸收特性65-67
• 3.3.3 小分子的電化學(xué)特性67-68
• 3.3.4 小分子的光伏性能68-72
• 3.3.4.1 器件性能68-70
• 3.3.4.2 外量子效率（EQE）70-71
• 3.3.4.3 電荷遷移率71-72
• 3.4 本章小結(jié)72-74
• 第四章 Meso-四取代卟啉小分子的合成及其光伏性能研究74-85
• 4.1 引言74-76
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分76-81
• 4.2.1 原料與試劑76-77
• 4.2.2 表征設(shè)備與儀器77-78
• 4.2.3 中間體的合成78-80
• 4.2.4 目標(biāo)產(chǎn)物的合成80-81
• 4.3 結(jié)果與討論81-84
• 4.3.1 目標(biāo)產(chǎn)物的合成與表征81
• 4.3.2 小分子的紫外吸收特性81-83
• 4.3.3 小分子的電化學(xué)特性83
• 4.3.4 小分子的器件性能83-84
• 4.4 本章小結(jié)84-85
• 結(jié)論85-87
• 參考文獻(xiàn)87-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果92-93
• 致謝93-94
• 附件94

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