苯并硒二唑类有机光伏材料的合成及其性能研究

【摘要】：摘要：本论文主要是设计合成了一系列共轭聚合物和有机小分子,并且分别以它们为活性层材料,制备了有机太阳能电池,并对其结构与性能之间的关系进行了表征,具体内容包括： (1)通过Stille或Suzuki偶联反应第一次合成了一系列基于5,6-二(十二烷氧基)-2,1,3-苯并硒二唑的共轭聚合物(PBDT-DTBSe, PC-DTBSe和PF-DTBSe),合成的共聚物在常用的有机溶剂,例如：氯仿,四氢呋喃和氯苯中都显示出了很好的溶解性能和成膜性能。用GPC来测量了它们的分子量,且用TGA研究了其热稳定性能。所有的共聚物都具有宽的吸收范围(350～700nn1),初步的结果显示,结构为ITO/PEDOT:PSS/PC-DTBSe:PC61BM (1:2, w/w)/Ca/Al的器件表现出最好的光伏性能,在AM1.5G,100mW/cm2光照下,其中PCE为1.35%,Voc为0.87V, Jsc为3.84m A/cm2,FF为40.4%。 (2)分别以苯并二噻吩(BDT)和苯并二呋喃(BDF)作为电子给体,4,7-二噻吩-5,6-二二(正辛氧基)-2,1,3-苯并硒二唑(DTBSe)作为电子受体单元,通过Stille偶联反应合成了两个新的共聚物PBDTDTBSe和PBDFDTBSe。两个共聚物在常用的溶剂中都显示出了很好的溶解性能和成膜性能,具有宽的吸收范围(350～700nm),窄的带隙(约1.60eV),和高的空穴迁移率(1.22×10-2cm2/(V.s))。基于PBDFDTBSe和PC71BM(1:1,w/w)的器件显示出了最好的光伏性能,在AM1.5G,100mW/cm2光照下,其中PCE为3.28%,Voc为0.71V,Jsc为10.37mA/cm2,FF为44.6%。 (3)设计和合成了一个以三苯胺(TPA)为电子给体,4,7-二噻吩-5,6-二(正辛氧基)-2,1,3-苯并硒二唑(DTBSe)为电子受体的基于TPA的星型小分子(M1),对其结构和性能之间的关系进行了深入的研究,其在常用的有机溶剂中显示出了很好的溶解性能,宽的吸收(300～700nm),和窄的光学带隙(1.98eV)。同时,我们测量了在AM1.5G,100mW/cm2光照下,基于M1和PC61BM或PC71BM的光伏器件在不同质量比下的性能,其中,基于M1和PC71BM(1:2,w/w)的器件展现出了最好的性能,PCE为1.54%,Voc为0.91V,Jsc为4.54mA/cm2,FF为37.2%。 【关键词】：苯并硒二唑 有机太阳能电池 有机小分子 光伏性能
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O626
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-9
• 1 文献综述9-27
• 1.1 引言9
• 1.2 有机太阳能电池简介9-13
• 1.2.1 有机太阳能电池的器件结构10-11
• 1.2.2 有机太阳能电池的工作原理11-12
• 1.2.3 太阳能电池的表征参数12-13
• 1.3 有机光伏材料13-26
• 1.3.1 共轭聚合物光伏材料13-22
• 1.3.2 可溶解加工的有机小分子光伏材料22-26
• 1.4 本论文的设计思想与研究内容26-27
• 2 基于5,6-二(十四烷氧基)-2,1,3-苯并硒二唑聚合物的合成及其光伏应用27-41
• 2.1 前言27-28
• 2.2 实验部分28-33
• 2.2.1 试剂与仪器28-29
• 2.2.2 单体和聚合物的合成29-31
• 2.2.3 测试方法31-33
• 2.3 结果与讨论33-40
• 2.3.1 单体和聚合物的合成与表征33
• 2.3.2 热稳定性33-34
• 2.3.3 光学性能34-36
• 2.3.4 电化学性能36
• 2.3.5 空穴迁移率36-37
• 2.3.6 光伏性能37-39
• 2.3.7 形貌39-40
• 2.4 本章小结40-41
• 3 基于5,6-二(正辛氧基)-2,1,3-苯并硒二唑聚合物的合成、表征及其光伏应用41-53
• 3.1 前言41-42
• 3.2 实验部分42-45
• 3.2.1 试剂与仪器42-43
• 3.2.2 单体和聚合物的合成43-45
• 3.2.3 测试方法45
• 3.3 结果与讨论45-52
• 3.3.1 单体和聚合物的合成与表征45
• 3.3.2 热稳定性45-46
• 3.3.3 光学性能46-48
• 3.3.4 电化学性能48
• 3.3.5 空穴迁移率48-49
• 3.3.6 光伏性能49-51
• 3.3.7 形貌51-52
• 3.4 本章小结52-53
• 4 基于2,1,3-苯并硒二唑的星形小分子的合成及其光伏性能研究53-62
• 4.1 前言53-54
• 4.2 实验部分54-56
• 4.2.1 试剂与仪器54-55
• 4.2.2 单体的合成55-56
• 4.2.3 测试方法56
• 4.3 结果与讨论56-61
• 4.3.1 单体的合成与结构表征56-57
• 4.3.2 热稳定性57
• 4.3.3 光学性能57-58
• 4.3.4 电化学性能58-59
• 4.3.5 光伏性能59-61
• 4.3.6 形貌61
• 4.4 本章小结61-62
• 5 总结与展望62-64
• 5.1 总结62
• 5.2 展望62-64
• 参考文献64-75
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果75-77
• 致谢77

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