基于苯駢三氮唑有機(jī)小分子光伏材料的合成與性質(zhì)

【摘要】：體異質(zhì)結(jié)太陽能電池由于具有易于大規(guī)模生產(chǎn)、制作成本低、質(zhì)量輕、化學(xué)性能穩(wěn)定及光伏材料的化學(xué)性能易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點受到了廣泛的關(guān)注和研究。在光伏材料的選擇中,有機(jī)小分子因具有明確的分子結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)確的分子質(zhì)量、易于提純和可重復(fù)性高等優(yōu)點受到廣泛研究。目前有機(jī)小分子太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到9.02%。為了使有機(jī)太陽能電池更具有競爭優(yōu)勢,光伏器件的性能需要進(jìn)一步的提高。 本文選取苯駢三氮唑作為吸電子基團(tuán),以三苯胺、N,N-二甲氧基三苯胺、咔唑和芴等作為給電子基團(tuán),并以單鍵、雙鍵和三鍵為橋合成了一系列D-A-D型的光伏材料。采用密度泛函理論計算光伏材料的基態(tài)電子云分布及能級,來指導(dǎo)和設(shè)計分子。通過紫外可見吸收光譜和熒光淬滅光譜掌握分子的光學(xué)性能。通過循環(huán)伏安測試了解分子的電化學(xué)性能。最后制作成溶液過程的太陽能電池獲得分子的光伏性能?；谝陨蠝y試,從四個方面討論分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系：1.改變給體單元對小分子太陽能電池光伏性能的影響；2.在基于三苯胺的小分子上修飾甲氧基對太陽能電池的影響；3.在共軛鏈上添加噻吩、苯環(huán)和噻吩烷基鏈對對材料性能的影響；4.單鍵、雙鍵及三鍵等橋鍵對太陽能電池材料的影響。 通過研究發(fā)現(xiàn)分子A9通過在共軛骨架上增加苯乙炔作為橋鍵連接三苯胺和吸電子基團(tuán)獲得最高的光電轉(zhuǎn)換效率(3.6%)。本文的研究拓展了基于三苯胺-苯駢三氮唑的D-A-D型有機(jī)小分子光伏材料的領(lǐng)域,并為日后光伏材料的設(shè)計和合成提供一定的參考價值。 【關(guān)鍵詞】：苯駢三氮唑 三苯胺 有機(jī)小分子光伏材料
【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
• Abstract5-8
• 1 緒論8-25
• 1.1 有機(jī)太陽能電池的發(fā)展8-9
• 1.2 有機(jī)太陽能電池的分類9
• 1.3 有機(jī)太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)及工作原理9-10
• 1.4 有機(jī)太陽能電池性能表征10-11
• 1.5 有機(jī)太陽能電池給體材料設(shè)計原則11-13
• 1.6 本文材料設(shè)計的研究背景13-22
• 1.6.1 含苯并噻二唑受體單元的研究14-17
• 1.6.2 含苯駢三氮唑的有機(jī)聚合物給體材料17-18
• 1.6.3 苯駢三氮唑有機(jī)小分子給體材料18-19
• 1.6.4 基于三苯胺的光伏材料19-22
• 1.7 本論文的設(shè)計思想與研究內(nèi)容22-25
• 1.7.1 不同給體材料在太陽能電池性能上的表現(xiàn)22-23
• 1.7.2 在三苯胺上修飾甲氧基對太陽能電池的影響23
• 1.7.3 通過添加苯環(huán)、噻吩和3-辛基噻吩調(diào)節(jié)分子共軛長度對光伏性能的影響23-24
• 1.7.4 分子中引入單鍵、雙鍵和三鍵等橋鍵對分子性能的影響24-25
• 2 實驗部分25-40
• 2.1 儀器與藥品25-26
• 2.1.1 實驗儀器25
• 2.1.2 實驗藥品25-26
• 2.2 原料的預(yù)處理26
• 2.2.1 四氫呋喃的精制26
• 2.2.2 甲苯的精制26
• 2.3 有機(jī)小分子光伏材料的合成26-40
• 2.3.1 苯駢三氮唑為中心的吸電子單元的合成26-29
• 2.3.2 芳香胺類給電子單元的合成29-35
• 2.3.3 D-A-D型小分子有機(jī)光電材料的合成35-40
• 2.4 光伏器件的制作與表征40
• 3 結(jié)果與討論40-59
• 3.1 兩端的Donor基團(tuán)對光伏器件的影響40-45
• 3.1.1 理論計算41-42
• 3.1.2 光學(xué)性質(zhì)42-43
• 3.1.3 電化學(xué)性質(zhì)43-44
• 3.1.4 器件測試44-45
• 3.2 甲氧基修飾的N,N-二甲氧基三苯胺對太陽能電池的影響45-50
• 3.2.1 論計算45-46
• 3.2.2 光學(xué)性質(zhì)46-47
• 3.2.3 熒光淬滅47-48
• 3.2.4 電化學(xué)性質(zhì)48-49
• 3.2.5 器件測試49-50
• 3.3 通過在共軛鏈上添加苯環(huán)、噻吩和噻吩烷基鏈研究共軛長度對材料性能的影響50-54
• 3.3.1 理論計算50-51
• 3.3.2 光學(xué)性質(zhì)51-52
• 3.3.3 熒光淬滅52
• 3.3.4 電化學(xué)性質(zhì)52-53
• 3.3.5 器件測試53-54
• 3.4 單鍵、雙鍵及三鍵等橋鍵對太陽能電池材料的影響54-59
• 3.4.1 理論計算54-55
• 3.4.2 光學(xué)性質(zhì)55-56
• 3.4.3 熒光淬滅測試56
• 3.4.4 電化學(xué)性質(zhì)56-57
• 3.4.5 器件測試57-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻(xiàn)60-68
• 附錄A 終產(chǎn)物的~1H NMR譜圖68-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況76-77
• 致謝77-78

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