非富勒烯小分子受體材料的研究及光伏應用.pdf

1、富勒烯及其衍生物因具有較好的電子親合性、高的電子遷移率和各向同性的電荷傳輸性能等優(yōu)點成為有機太陽電池領域里占主導地位的受體。然而，其較寬的帶隙、制備時提純困難、價格昂貴、能級不易調節(jié)等問題限制了其工業(yè)化應用以及有機太陽電池光電轉換效率(PCE)的進一步提高。因此，制備結構簡單、合成方便、具有較寬的光吸收范圍的非富勒烯受體材料顯得非常重要?；谶@些考慮，本論文從分子設計的角度出發(fā)，分別以異靛藍和吡咯并吡咯二酮為吸電子單元，通過D-A作用構

2、建了不同結構的非富勒烯小分子受體材料。具體工作有:
　　1.設計合成了以環(huán)戊雙噻吩(CPDT)為核、兩邊異靛藍(ⅡD)封端的小分子受體材料CPDT(ⅡD)2。由于合適的能級和較窄的帶隙，當將它作為受體材料與聚（3-己基噻吩）(P3HT)共混制備成有機太陽電池時，產(chǎn)生了高達1.02 V的開路電壓(VOC)和0.97％的PCE。這是首次將異靛藍基團應用到小分子受體材料中的例子，證明了異靛藍基團作為強吸電子基團在非富勒烯受體材料中應用的

3、潛力。
　　2.設計合成了以芴(F)為核、兩邊異靛藍(ⅡD)封端的小分子受體材料F(ⅡD)2。基于P3HT∶F(ⅡD)2的有機太陽電池獲得了較高的0.79％的PCE。進一步對F(ⅡD)2進行分子修飾，獲得了其他三種小分子受體材料:一種是在末端引入F原子(F(FⅡD)2)，使材料的HOMO和LUMO能級同時降低了0.05 eV，有利于激子的分離;另外兩種是在芴與異靛藍中間插入一個或兩個噻吩基(F(TⅡD)2和F(TTⅡD)2)，降低

4、了材料的帶隙，拓寬了光譜吸收范圍。但是，這三種受體材料的光伏性能均劣于F(ⅡD)2，主要原因是與P3HT相容性差，導致相分離尺寸大。
　　3.設計合成了以苯(Ph)為核、吡咯并吡咯二酮(DPP)為臂的三種小分子受體材料Ph(DPP)2、 PhDMe(DPP)2和Ph(DPP)3。由于PhDMe(DPP)2中間的核是2，5-二甲基苯(PhDMe)，分子的平面性最差，因此當它與P3HT復合后，產(chǎn)生最小的相分離尺寸，激子分離效率和電子遷