基于DPP的有機(jī)小分子光伏材料的合成與性質(zhì)

【摘要】：有機(jī)小分子太陽能電池因價(jià)格低廉、材料多樣且易合成等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。溶液過程體異質(zhì)結(jié)(BHJ)太陽能電池結(jié)構(gòu)可顯著地增大給體-受體界面,進(jìn)而提高電池的光伏性能,近年來被廣泛研究。為了加快溶液過程體異質(zhì)結(jié)有機(jī)小分子太陽能電池的市場化進(jìn)程,亟需開發(fā)生產(chǎn)成本低、性能優(yōu)良的有機(jī)小分子材料。 有機(jī)小分子中連接吸電子單元(A)或給電子單元(D)形成A-A結(jié)構(gòu)或D-A結(jié)構(gòu)可促進(jìn)分子內(nèi)電荷遷移,同時(shí)降低分子能級。本文選取吡咯并吡咯二酮(DPP)為中心吸電子單元成功設(shè)計(jì)并合成了A-A-A型和D-A-D型兩個(gè)系列的有機(jī)小分子光伏給體材料。其中A-A-A系列小分子以強(qiáng)吸電子性基團(tuán)為末端電子受體,烷基噻吩為共軛橋連基團(tuán)；而D-A-D系列小分子以三苯胺(TPA)為末端給電子單元同時(shí)以苯乙烯作為共軛橋連基團(tuán)。此外,在DPP核和噻吩環(huán)上引入烷基側(cè)鏈,三苯胺末端引入烷氧基增加材料的溶解性。 為了從分子層面研究化合物的性質(zhì),利用Gaussian09軟件通過密度泛函(DFT)理論計(jì)算分子基態(tài)下的分子幾何構(gòu)型和電子云分布,通過紫外-可見吸收和循環(huán)伏安測試研究了材料的光物理性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì),研究表明,這些化合物在300-800nm范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的光吸收。從電化學(xué)測試結(jié)果可以看出,這些化合物均具有合適的能級以滿足和PCBM進(jìn)行有效的電子遷移。為了進(jìn)一步的探索這些材料的光伏性質(zhì),本論文制作了結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/Donors:PC61BM(1:2, w/w)/Al的溶液過程BHJ有機(jī)太陽能電池,在模擬太陽光AM1.5G(100mWcm-2)下對電池的光伏性能進(jìn)行測試。 【關(guān)鍵詞】：吡咯并吡咯二酮 吸電子基 三苯胺 光伏給體材料 有機(jī)小分子太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-27
• 1.1 太陽能電池的發(fā)展及分類9-10
• 1.2 D-A型異質(zhì)結(jié)太陽能電池的工作原理及表征10-13
• 1.2.1 D-A型異質(zhì)結(jié)太陽能電池的工作原理10-12
• 1.2.2 D-A型異質(zhì)結(jié)太陽能電池的性能表征12-13
• 1.3 有機(jī)光伏材料13-22
• 1.3.1 有機(jī)光伏受體材料13-15
• 1.3.2 有機(jī)光伏給體材料15-16
• 1.3.3 低聚噻吩類有機(jī)小分子光伏給體材料16-18
• 1.3.4 末端強(qiáng)吸電子基有機(jī)小分子光伏給體材料18
• 1.3.5 三苯胺類有機(jī)小分子光伏給體材料18-20
• 1.3.6 吡咯并吡咯二酮類有機(jī)小分子光伏給體材料20-22
• 1.4 有機(jī)小分子光伏給體材料的設(shè)計(jì)原理22-25
• 1.4.1 理想有機(jī)小分子光伏給體材料的性質(zhì)要求22
• 1.4.2 有機(jī)小分子光伏材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22-25
• 1.5 基于DPP的有機(jī)小分子光伏給體材料的設(shè)計(jì)思路25-27
• 2 實(shí)驗(yàn)部分27-43
• 2.1 儀器和藥品27-29
• 2.1.1 試劑與原料27-28
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器28-29
• 2.2 試劑的預(yù)處理29
• 2.2.1 四氫呋喃(THF)的精制29
• 2.2.2 甲苯的精制29
• 2.3 有機(jī)小分子光伏材料的合成29-41
• 2.3.1 吡咯并吡咯二酮(DPP)為中心的吸電子單元的合成29-33
• 2.3.2 基于三苯胺的給電子單元的合成33-37
• 2.3.3 A-A-A型有機(jī)小分子光伏給體材料的合成37-39
• 2.3.4 D-A-D型有機(jī)小分子光伏給體材料的合成39-41
• 2.4 光伏器件的制作與表征41-43
• 3 A-A-A型有機(jī)小分子材料的結(jié)果與討論43-51
• 3.1 合成結(jié)果43
• 3.2 高斯理論計(jì)算43-44
• 3.3 紫外-可見吸收44-46
• 3.4 循環(huán)伏安測試46-48
• 3.5 器件光伏性能測試48-50
• 3.6 本章小結(jié)50-51
• 4 D-A-D型有機(jī)小分子材料的結(jié)果與討論51-58
• 4.1 合成結(jié)果51
• 4.2 高斯理論計(jì)算51-53
• 4.3 紫外-可見吸收53-54
• 4.4 循環(huán)伏安測試54-56
• 4.5 器件光伏性能測試56-57
• 4.6 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論58-59
• 參考文獻(xiàn)59-67
• 附錄A 合成分子的NMR譜圖67-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況75-76
• 致謝76-77

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