基于苯骈三氮唑有机小分子光伏材料的合成与性质

【摘要】：体异质结太阳能电池由于具有易于大规模生产、制作成本低、质量轻、化学性能稳定及光伏材料的化学性能易于调节等优点受到了广泛的关注和研究。在光伏材料的选择中,有机小分子因具有明确的分子结构、准确的分子质量、易于提纯和可重复性高等优点受到广泛研究。目前有机小分子太阳能电池光电转换效率已达到9.02%。为了使有机太阳能电池更具有竞争优势,光伏器件的性能需要进一步的提高。 本文选取苯骈三氮唑作为吸电子基团,以三苯胺、N,N-二甲氧基三苯胺、咔唑和芴等作为给电子基团,并以单键、双键和三键为桥合成了一系列D-A-D型的光伏材料。采用密度泛函理论计算光伏材料的基态电子云分布及能级,来指导和设计分子。通过紫外可见吸收光谱和荧光淬灭光谱掌握分子的光学性能。通过循环伏安测试了解分子的电化学性能。最后制作成溶液过程的太阳能电池获得分子的光伏性能。基于以上测试,从四个方面讨论分子结构与性能的关系：1.改变给体单元对小分子太阳能电池光伏性能的影响；2.在基于三苯胺的小分子上修饰甲氧基对太阳能电池的影响；3.在共轭链上添加噻吩、苯环和噻吩烷基链对对材料性能的影响；4.单键、双键及三键等桥键对太阳能电池材料的影响。 通过研究发现分子A9通过在共轭骨架上增加苯乙炔作为桥键连接三苯胺和吸电子基团获得最高的光电转换效率(3.6%)。本文的研究拓展了基于三苯胺-苯骈三氮唑的D-A-D型有机小分子光伏材料的领域,并为日后光伏材料的设计和合成提供一定的参考价值。 【关键词】：苯骈三氮唑 三苯胺 有机小分子光伏材料
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-25
• 1.1 有机太阳能电池的发展8-9
• 1.2 有机太阳能电池的分类9
• 1.3 有机太阳能电池的器件结构及工作原理9-10
• 1.4 有机太阳能电池性能表征10-11
• 1.5 有机太阳能电池给体材料设计原则11-13
• 1.6 本文材料设计的研究背景13-22
• 1.6.1 含苯并噻二唑受体单元的研究14-17
• 1.6.2 含苯骈三氮唑的有机聚合物给体材料17-18
• 1.6.3 苯骈三氮唑有机小分子给体材料18-19
• 1.6.4 基于三苯胺的光伏材料19-22
• 1.7 本论文的设计思想与研究内容22-25
• 1.7.1 不同给体材料在太阳能电池性能上的表现22-23
• 1.7.2 在三苯胺上修饰甲氧基对太阳能电池的影响23
• 1.7.3 通过添加苯环、噻吩和3-辛基噻吩调节分子共轭长度对光伏性能的影响23-24
• 1.7.4 分子中引入单键、双键和三键等桥键对分子性能的影响24-25
• 2 实验部分25-40
• 2.1 仪器与药品25-26
• 2.1.1 实验仪器25
• 2.1.2 实验药品25-26
• 2.2 原料的预处理26
• 2.2.1 四氢呋喃的精制26
• 2.2.2 甲苯的精制26
• 2.3 有机小分子光伏材料的合成26-40
• 2.3.1 苯骈三氮唑为中心的吸电子单元的合成26-29
• 2.3.2 芳香胺类给电子单元的合成29-35
• 2.3.3 D-A-D型小分子有机光电材料的合成35-40
• 2.4 光伏器件的制作与表征40
• 3 结果与讨论40-59
• 3.1 两端的Donor基团对光伏器件的影响40-45
• 3.1.1 理论计算41-42
• 3.1.2 光学性质42-43
• 3.1.3 电化学性质43-44
• 3.1.4 器件测试44-45
• 3.2 甲氧基修饰的N,N-二甲氧基三苯胺对太阳能电池的影响45-50
• 3.2.1 论计算45-46
• 3.2.2 光学性质46-47
• 3.2.3 荧光淬灭47-48
• 3.2.4 电化学性质48-49
• 3.2.5 器件测试49-50
• 3.3 通过在共轭链上添加苯环、噻吩和噻吩烷基链研究共轭长度对材料性能的影响50-54
• 3.3.1 理论计算50-51
• 3.3.2 光学性质51-52
• 3.3.3 荧光淬灭52
• 3.3.4 电化学性质52-53
• 3.3.5 器件测试53-54
• 3.4 单键、双键及三键等桥键对太阳能电池材料的影响54-59
• 3.4.1 理论计算54-55
• 3.4.2 光学性质55-56
• 3.4.3 荧光淬灭测试56
• 3.4.4 电化学性质56-57
• 3.4.5 器件测试57-59
• 结论59-60
• 参考文献60-68
• 附录A 终产物的~1H NMR谱图68-76
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况76-77
• 致谢77-78

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