含吡咯并吡咯二酮、异靛蓝衍生物有机材料的合成和光伏性能的研究

【摘要】：太阳能作为一种分布范围广、环境友好和取之不尽用之不竭的新能源得到了世界各国的关注，目前应用较多的是晶硅太阳能电池，但由于其价格昂贵和造成环境污染限制了其广泛的应用。而有机太阳能电池由于其具有质量轻、价格低廉以及可制作成柔性大面积器件等优点，使得更多的研究者投入其中。而有机太阳能电池中的活性层一般是由有机给体材料和富勒烯受体材料组成，而有机给体材料一般采用给体单元（D）与受体单元（A）交替共聚的结构，有机染料吡咯并吡咯二酮（DPP）和异靛蓝均是很好的受体单元，同时在紫外可见光区具有很强的吸收，因而很适合用于有机太阳能电池中。因此我们成功地设计并合成了基于吡咯并吡咯二酮为受体单元的三个小分子，比较了不同端基对含DPP小分子光伏性能的影响，同时还设计并合成了一个新的含异靛蓝的受体单元，并将其首次应用到有机太阳能电池中，并对目标产物进行了结构表征和光伏性能的测试，其结果如下： 1.设计并合成了三个窄带隙的D-A-D型的有机小分子M1、M2和M3，三个小分子均是以DPP为受体单元，其中M1和M3是以萘为端基，M2则是以己基噻吩为端基，并将其均应用于小分子本体异质结（SMBHJ）太阳能电池中。我们研究了这三个小分子的光学性能、电化学性能、热性能和光伏性能。这三个小分子在475-750nm具有宽的吸收以及低的HOMO能级(5.28eV~5.35eV)。基于这三个小分子M1-M3的最高能量转换效率为2.59%，其中含有萘端基的小分子M1和M3相对于M2来说具有更高的能量转换效率，是由于其具有更宽的吸收和较好的成膜性能。 2.设计并合成了一个新的π共轭延长的异靛蓝衍生受体单元，并通过钯催化偶联反应合成了两个新的有机小分子LY1和LY2以及聚合物P1，其中小分子LY1是以噻吩为端基，LY2是以三苯胺为端基，其中聚合物P1是以苯并二噻吩(BDT)作为给体单元，但由于其溶解性差，故仅对其部分性能进行了表征。我们对小分子LY1和LY2的光学性能、电化学性能、热性能和光伏性能进行了研究。小分子LY1和LY2显示出低的HOMO (5.29eV和5.59eV)能级和极低的LUMO (4.05eV和4.06eV)能级，是由于异靛蓝衍生单元具有很强的吸电子能力，所以两个小分子既能作为给体材料又能作为受体材料，并应用到小分子本体异质结太阳能电池中。 【关键词】：有机太阳能电池 吡咯并吡咯二酮 异靛蓝衍生物 小分子 光伏性能
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 小分子/聚合物太阳能电池的研究进展10-17
• 1.2.1 小分子/聚合物太阳能电池的工作原理10
• 1.2.2 小分子/聚合物太阳能电池的器件结构10-12
• 1.2.3 小分子/聚合物太阳能电池的器件参数及其影响因素12-13
• 1.2.4 小分子/聚合物太阳能电池的光敏材料13-17
• 1.3 论文的设计思想与研究内容17-19
• 第2章 含萘端基的窄带隙小分子给体材料在有机太阳能电池中的研究19-33
• 2.1 前言19
• 2.2 实验部分19-26
• 2.2.1 药品和试剂、测试条件和方法19
• 2.2.2 单体和小分子的合成19-26
• 2.3 结果与讨论26-31
• 2.3.1 单体与小分子的合成与结构表征26
• 2.3.2 小分子的热性能26-27
• 2.3.3 小分子的紫外-可见吸收光谱27-28
• 2.3.4 小分子的电化学性能28-29
• 2.3.5 小分子的光伏性能29-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 基于一种新的异靛蓝衍生单元的给体材料在有机太阳能电池的研究33-46
• 3.1 前言33-34
• 3.2 实验部分34-39
• 3.2.1 试剂和药品及测试方法34
• 3.2.2 单体和有机小分子及聚合物的合成34-35
• 3.2.3 新的异靛蓝衍生物给体材料的合成35-39
• 3.3 结果与讨论39-45
• 3.3.1 目标产物的合成与标征39-40
• 3.3.2 两个小分子的热性能40
• 3.3.3 目标产物的紫外-可见吸收光谱40-42
• 3.3.4 两个小分子的电化学性能42-43
• 3.3.5 两个小分子和聚合物的光伏性能研究43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 总结与展望46-47
• 参考文献47-53
• 附录 A 试剂、药品及其纯化方法53-55
• 附录 B 仪器设备及测试条件55-56
• 致谢56-57
• 在校期间发表的论文情况57

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