不對稱有機(jī)小分子光伏材料的合成與性質(zhì)研究.pdf

1、如何高效便捷地將太陽能轉(zhuǎn)化為電能一直是光伏研究領(lǐng)域的熱點問題。有機(jī)光伏材料與傳統(tǒng)的無機(jī)半導(dǎo)體材料相比，具有材料合成容易、質(zhì)量輕盈、成本低、柔韌性好及可大規(guī)模應(yīng)用等優(yōu)點，引起了廣泛關(guān)注。
　　有機(jī)光伏材料的給體主要包括有機(jī)小分子材料和有機(jī)聚合物材料。有機(jī)小分子材料具有結(jié)構(gòu)明確、易于純化及重復(fù)性好等優(yōu)點，成為新一代有機(jī)太陽能電池有力的競爭者。目前，有機(jī)小分子領(lǐng)域報道的最高光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到9.02％。然而，為滿足市場化要求，需要不斷設(shè)計

2、、合成新型光伏材料，提高其光電轉(zhuǎn)化效率。
　　根據(jù)分子骨架結(jié)構(gòu)不同，有機(jī)小分子光伏材料主要集中在D-A-D或A-D-A等對稱結(jié)構(gòu)，而具有不對稱結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子光伏材料的報道較少。因此，為了豐富有機(jī)小分子光伏材料的研究領(lǐng)域，探究分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，本論文成功設(shè)計并合成了具有不對稱骨架結(jié)構(gòu)的小分子給體材料。
　　本論文選用三苯胺為給電子單元(D)，選用吡咯并吡咯二酮(DPP)和苯并噻二唑(BT)為兩種吸電子單元(A)，以碳碳單

3、鍵、碳碳雙鍵、碳碳雙鍵氰基和碳碳三鍵作為四種π橋鍵，構(gòu)成具有D-A骨架結(jié)構(gòu)的DPP系列和BT系列材料。為了進(jìn)一步優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)，提高材料的光電性能，本論文在DPP系列材料的噻吩單元末端引入對氰基苯基吸電子單元，延伸出具有D-A-A骨架結(jié)構(gòu)的DPPCN系列材料。
　　通過密度泛函理論計算、紫外可見光吸收、循環(huán)伏安及溶液過程本體異質(zhì)結(jié)光伏器件測試，探究了不同吸電子單元、不同π橋鍵對材料的光學(xué)、電化學(xué)及光電性質(zhì)的影響。測試結(jié)果顯示:(1)

4、基于D-A結(jié)構(gòu)的DPP系列和BT系列材料具有更低的HOMO能級，因而得到了高的開路電壓值，大于0.9 V。(2) DPPCN系列材料末端并入對氰基苯基單元可以有效減小材料的能級帶寬，提高材料的光吸收能力，進(jìn)而改善短路電流值。(3)采用碳碳雙鍵氰基和碳碳三鍵為π橋鍵可以降低材料的HOMO能級。而基于碳碳三鍵的有機(jī)小分子材料由于具有更好的剛性和平面結(jié)構(gòu)，可以促進(jìn)分子內(nèi)電荷傳輸，因而提高了材料的光電性能。其中，基于TPATDPPCN的光伏器件