基于引达省衍生物的小分子的合成以及在有机太阳能电池中的应用

【摘要】：本论文的主要工作是设计合成一系列新型小分子给受体材料并将其应用于有机太阳能电池中,主要分为以下两部分工作:在第一部分的工作中,我们设计合成了一系列具有D1-A-D2-A-D1型给体材料,SIDTC6以及SIDTC12,以十二烷基取代的SIDT为核心给体单元,氟代苯并噻二唑为受体单元。在给体片段与受体片段之间引入相较噻吩桥更能拓宽吸收光谱的硒吩桥,来增加分子的吸收范围,从而提高材料的光电流。封端基团分别采用己基取代的的联噻吩和十二烷基取代的联噻吩,用于探究不同长度的封端烷基链对器件性能的影响。通过各个环节表征发现此系列分子具有很强的光吸收能力、匹配的能级、好的热稳定性,其中己基取代的分子SIDTC6在不经任何处理的情况下,器件的能量转换效率PCE达到4.44%,此合成策略在小分子给体材料的拓展上具有指导意义。在第二部分的工作中,我们合成了一系列A-D-A型受体小分子,这三个分子分别以二维引达省(2D-IDT),二维氮杂引达省(2D-NIDT)和氮杂引达省(NIDT)为中心给体单元(D),以PDI为两边受体单元(A),设计合成的三个非富勒烯受体小分子IDTPDI,NIDTPDI,NIDT2C12PDI。我们主要研究改变分子的中心核的空间位阻单元,对分子的光物理性质,对材料的能级,器件性能等特性的影响。分子NIDTPDI比IDTPDI有了较好的平面性,比NIDT2C12PDI分子分子聚集趋势弱和分子间作用力小,这导致分子的短路电流密度有很大的提升。最终,基于分子NIDTPDI太阳能电池表现为PCE为2.1%,其中Voc为0.76 V,Jsc为6.88 mA/cm2,FF为0.40。 【关键词】：有机太阳能电池 硅杂引达省 非富勒烯受体 二维共轭 能量转化效率
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O626;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-45
• 1.1 引言10-11
• 1.2 有机太阳能电池材料研究进展11-13
• 1.3 有机太阳能电池的分类和工作原理13-16
• 1.3.1 肖特基型太阳能电池14
• 1.3.2 双层膜D-A异质结太阳能电池14-15
• 1.3.3 共混D-A本体异质结太阳能电池15-16
• 1.3.4 叠层太阳能电池16
• 1.4 有机太阳能电池材料16-34
• 1.4.1 太阳能电池材料所具备的性质及分子设计策略17-18
• 1.4.2 有机太阳能电池材料分类18-34
• 1.4.2.1 有机太阳能电池给体材料18-28
• 1.4.2.1.1 给体单元Donor的选择19-27
• 1.4.2.1.2 Accepor单元的设计27-28
• 1.4.2.2 有机太阳能电池受体材料28-34
• 1.5 有机太阳能电池的研究总结与展望34-35
• 1.6 本论文的设计思想和研究内容35-36
• 1.7 参考文献36-45
• 第二章 基于硅杂引达省(SIDT)单元的有机小分子给体材料的设计合成及性能研究45-62
• 2.1 引言45-47
• 2.2 实验部分47-55
• 2.2.1 原料与试剂47-48
• 2.2.2 化合物表征所用的仪器48-49
• 2.2.3 材料的合成49-55
• 2.3 结果与讨论55-60
• 2.3.1 光物理性质55-56
• 2.3.2 电化学性质56-57
• 2.3.3 器件的光伏性能57-60
• 2.4 本章小结60
• 2.5 参考文献60-62
• 第三章 基于氮杂引达省(NIDT)单元的有机小分子给体以及受体的设计合成及性能研究62-83
• 3.1 引言62-66
• 3.2 实验部分66-76
• 3.2.1 原料与试剂66-67
• 3.2.2 化合物表征所用的仪器67-68
• 3.2.3 材料的合成68-76
• 3.3 结果与讨论76-80
• 3.3.1 光物理性质76-77
• 3.3.2 电化学性质77-78
• 3.3.3 器件的光伏性能78-80
• 3.4 本章小结80-81
• 3.5 参考文献81-83
• 第四章 总结和展望83-84
• 附录 本文所涉及新化合物的谱图84-94
• 致谢94-95

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