三鍵為橋的吡咯并吡咯二酮類窄帶隙小分子的合成與光伏性質(zhì)研究

【摘要】：本文設(shè)計(jì)并合成了一系列以吡咯并吡咯二酮為中心核，以三鍵為橋鍵的有機(jī)小分子光伏材料，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了兩種結(jié)構(gòu)類型的分子，即A-π-A-π-A型的有機(jī)小分子A1，A2，A3和A4；D-π-A-π-D型的有機(jī)小分子D1，D2，D3和M1，從而考察兩種結(jié)構(gòu)的光伏性質(zhì)差別。本文除了小分子M1外，其他七個(gè)小分子的中心核DPP均是以三鍵形式同末端吸電子單元（噻吩甲醛，苯甲醛，苯乙腈，三氟甲苯）或給電子單元（咔唑，芴，三苯胺）相連接的，而在分子M1中，DPP是通過單鍵與末端烷基化的咔唑相連的，這樣設(shè)計(jì)的目的是為了考察橋鍵對(duì)分子結(jié)構(gòu)及性能的影響。為了從分子結(jié)構(gòu)角度了解分子的性質(zhì)，本文采用密度泛函理論對(duì)新材料的基態(tài)幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算，同時(shí)，對(duì)新材料的紫外-可見吸收以及電化學(xué)循環(huán)伏安等性質(zhì)也進(jìn)行了測(cè)試，從而掌握分子的光物理及電化學(xué)性質(zhì)。 研究表明，這八種新材料均具有適宜的能級(jí)排布且對(duì)太陽光有較寬吸收，均為很好的光伏材料。其中A-π-A-π-A型小分子由于具有較低的HOMO和LUMO能級(jí)而被視為良好的兩性材料，即既可用作給體材料又可用作受體材料，而四種D-π-A-π-D型小分子則是良好的給體材料。同時(shí)，對(duì)小分子D1與M1的性質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，與M1相比，含有三鍵的D1物質(zhì)表現(xiàn)了較低的HOMO能級(jí)和較窄的帶隙寬度，且具有較強(qiáng)的分子平面性。為了進(jìn)一步研究不同橋鍵對(duì)物質(zhì)光伏性能的影響，我們還對(duì)這兩種物質(zhì)進(jìn)行了熒光淬滅實(shí)驗(yàn)，并且將兩種物質(zhì)分別用于本體異質(zhì)結(jié)（BHJ）溶液過程的光伏器件制作中，其結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT: PSS/donor:PC_(61)BM/LiF/Al。其中，由D1做為給體材料的器件，在模擬太陽光AM1.5G (100mW/cm~2)下，得到較高的開路電壓（Voc）值為0.73V，光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）為0.38%。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)小分子光伏材料 吡咯并吡咯二酮 A-π-A-π-A結(jié)構(gòu) D-π-A-π-D結(jié)構(gòu) 三鍵 光伏器件
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：O621.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-24
• 1.1 太陽能電池的發(fā)展9
• 1.2 有機(jī)太陽能電池簡介9-13
• 1.2.1 有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)及其工作原理10-12
• 1.2.2 有機(jī)太陽能電池的性能表征參數(shù)12-13
• 1.3 溶液過程有機(jī)小分子光伏材料13-21
• 1.3.1 給體材料13-19
• 1.3.1.1 寡聚噻吩類有機(jī)小分子給體材料13-15
• 1.3.1.2 三苯胺類有機(jī)小分子給體材料15-17
• 1.3.1.3 基于吡咯并吡咯二酮的有機(jī)小分子給體材料17-18
• 1.3.1.4 π共軛結(jié)構(gòu)在光伏材料中發(fā)揮的重要作用18-19
• 1.3.2 受體材料19-21
• 1.3.2.1 富勒烯及其衍生物19-20
• 1.3.2.2 有機(jī)小分子受體材料20-21
• 1.4 本論文的設(shè)計(jì)思想與研究內(nèi)容21-24
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分24-35
• 2.1 試劑及藥品24-25
• 2.2 測(cè)試儀器25
• 2.3 有機(jī)小分子光伏材料的合成25-34
• 2.3.1 吡咯并吡咯二酮為中心的吸電子單元的合成25-27
• 2.3.2 芳香類吸電子單元的合成27-28
• 2.3.3 給電子單元的合成28-31
• 2.3.4 有機(jī)小分子光伏材料的合成31-34
• 2.3.5 光伏器件的制作與測(cè)試34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第三章 結(jié)果與討論35-47
• 3.1 目標(biāo)分子的合成與結(jié)構(gòu)表征35
• 3.2 理論計(jì)算35-38
• 3.3 光學(xué)性質(zhì)38-40
• 3.4 電化學(xué)性質(zhì)40-43
• 3.5 熒光淬滅實(shí)驗(yàn)43-45
• 3.6 光伏器件測(cè)試45-46
• 3.7 本章小結(jié)46-47
• 第四章 結(jié)論47-48
• 參考文獻(xiàn)48-56
• 碩士期間論文發(fā)表情況56-57
• 致謝57-58
• 附錄58-64

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