以二芴基芳胺為端基的小分子給體材料的合成與光伏性能研究

【摘要】：當(dāng)今世界,化石能源的開采和利用引發(fā)了諸多環(huán)境問題,且化石能源的儲(chǔ)量有限,從而迫使我們?nèi)ふ倚碌目沙掷m(xù)使用的清潔能源。有機(jī)光伏電池因具有質(zhì)量輕,低成本大面積加工以及柔性等特點(diǎn)而成為新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。特別是由電子給體單元-電子受體單元構(gòu)成的小分子給體材料由于具有確定的化學(xué)結(jié)構(gòu)、易提純、帶隙以及能級(jí)易調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的關(guān)注。本論文以二芴基取代的芳香胺作為電子給體單元,二噻吩吡咯并吡咯二酮(DT-DPP)為電子受體單元,設(shè)計(jì)合成了一系列D-A-D型小分子給體材料,并探究了分子結(jié)構(gòu)對(duì)材料的光學(xué)、電化學(xué)、熱力學(xué)性質(zhì)以及對(duì)光伏器件性能的影響。首先,我們合成了兩個(gè)以二芴苯胺基團(tuán)為給電子單元,通過單鍵和炔鍵與DT-DPP核相連的小分子給體材料DT-DPP(FBN)2和DT-DPP(FBN-A)2。這兩個(gè)材料在差示掃描量熱(DSC)測(cè)試的加熱和放熱過程中,在30 oC到250 oC范圍都沒有觀察到明顯的熔融峰或結(jié)晶峰,顯示出無(wú)定形態(tài)。電化學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)炔鍵的引入使分子的氧化電位增加,進(jìn)而HOMO加深。以DT-DPP(FBN)2和DT-DPP(FBN-A)2為給體的光伏器件(ITO/PEDOT:PSS/donor:PC61BM/PFN/Al)的光電轉(zhuǎn)化效率分別獲得了1.00%(Voc=0.76 V,Jsc=3.71m A cm-2,FF=35.47)和1.71%(Voc=0.92 V,Jsc=5.08 m A cm-2,FF=36.52)。然后,我們?cè)O(shè)計(jì)合成了新的給電子單元二芴萘胺,與DT-DPP核以炔鍵連接得到小分子給體材料DT-DPP(FNN-A)2,這個(gè)材料較DT-DPP(FBN-A)2展現(xiàn)了更高的熱穩(wěn)定性和遷移率,在有機(jī)光伏器件(ITO/PEDOT:PSS/donor:PC61BM/PFN/Al)中獲得了2.58%的光電轉(zhuǎn)換效率(Voc=0.96V,Jsc=6.06 m A cm-2,FF=44.32)。最后,我們將氟原子引入到二芴芳香胺單元的芴上,設(shè)計(jì)合成了DT-DPP(FFBN-A)2和DT-DPP(FFNN-A)2。氟原子的引入,對(duì)于這類材料的氧化電位、吸收光譜影響小。在OSCs器件(ITO/PEDOT:PSS/donor:PC61BM/PFN/Al)中,DT-DPP(FFBN-A)2和DT-DPP(FFNN-A)2獲得了~1.6%的PCE。對(duì)上述的材料的光伏特性的正在進(jìn)行進(jìn)一步的研究。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)太陽(yáng)能電池 二芴基芳胺 氟 二噻吩吡咯并吡咯二酮 小分子給體材料
【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
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-37
• 1.1 引言11-12
• 1.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的基本原理、性能參數(shù)及影響因素12-17
• 1.2.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池的基本原理12-13
• 1.2.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)13-15
• 1.2.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池性能表征15-17
• 1.3 溶液加工的D-A型小分子給體材料介紹17-36
• 1.3.1 噻吩類小分子給體材料介紹18-23
• 1.3.2 以吡咯并吡咯二酮(DPP)為核的小分子給體材料23-31
• 1.3.3 三苯胺類小分子給體材料介紹31-34
• 1.3.4 以三苯胺為端基含DPP的小分子給體材料34-36
• 1.4 本論文的研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新之處36-37
• 1.4.1 本論文的研究?jī)?nèi)容36
• 1.4.2 本論文的創(chuàng)新之處36-37
• 第二章 二芴苯胺以單鍵和三鍵與DPP核相連的小分子給體材料的合成與性能表征37-57
• 2.1 引言37-38
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分38-44
• 2.2.1 原料和試劑38
• 2.2.2 材料的表征設(shè)備與儀器38-39
• 2.2.3 材料的合成39-44
• 2.3 結(jié)果與討論44-55
• 2.3.1 化合物的合成與表征44-50
• 2.3.2 化合物的光學(xué)性能和電化學(xué)性能50-52
• 2.3.3 化合物的熱力學(xué)性質(zhì)52-53
• 2.3.4 化合物的光伏性能53-55
• 2.4 本章小結(jié)55-57
• 第三章 二芴萘胺以三鍵與DPP核相連的小分子給體材料的合成及性能表征57-69
• 3.1 引言57
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分57-60
• 3.2.1 原料及試劑57
• 3.2.2 材料的表征設(shè)備與儀器57-58
• 3.2.3 材料的合成58-60
• 3.3 結(jié)果與討論60-68
• 3.3.1 化合物的合成與表征60-64
• 3.3.2 化合物的光學(xué)性能和電化學(xué)性能64-65
• 3.3.3 化合物的熱力學(xué)性質(zhì)65-66
• 3.3.4 化合物的光伏性能66-68
• 3.4 本章小結(jié)68-69
• 第四章 氟芴芳香胺以三鍵與DPP核相連的小分子給體材料的合成與性能表征69-88
• 4.1 引言69
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分69-75
• 4.2.1 原料及試劑69-70
• 4.2.2 材料的表征設(shè)備與儀器70
• 4.2.3 材料的合成70-75
• 4.3 結(jié)果與討論75-85
• 4.3.1 化合物的合成與表征75-82
• 4.3.2 化合物的光學(xué)性能與電化學(xué)性能82-84
• 4.3.3 化合物的熱力學(xué)性質(zhì)84-85
• 4.4 化合物的光伏性能85-87
• 4.5 本章小結(jié)87-88
• 結(jié)論88-89
• 參考文獻(xiàn)89-99
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果99-100
• 致謝100-101
• 附件101

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