新型DPP类小分子光伏材料的研究及其光伏应用

【摘要】：相比于聚合物太阳电池,小分子太阳电池因给体材料结构单一、纯度高及长程有序等优点,更易获得高开路电压及高载流子迁移率,已成为研究的热点,近几年已取得重大成果,但商业化普及仍是任重道远,因此亟需开发新材料。基于此,本论文分别从分子设计和实际应用的角度出发,设计并合成了一系列吡咯并吡咯二酮(DPP)类的小分子光伏材料,对其相关的性能进行表征,并探讨其光伏应用潜力。本论文的具体工作主要有以下三部分： 1.设计并合成了以DPP为核,弱吸电基2-酯基噻吩为封端基团的分子DPP(CT)2。该分子同时具有窄带隙(1.65eV)和低HOMO能级(-5.33eV),表明该分子具有较好的光伏应用潜力。将DPP(CT)2作为给体材料,与[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PCBM)复合制备的太阳电池效率达4.02%,开路电压为0.94V。 2.对DPP(CT)2进行结构修饰,将噻吩酯基上的取代乙基改变为甲基、异丙基、异丁基,分别得到DPP(1CT)2、DPP(3CT)2、DPP(4CT)2三个分子。不同的取代烷基链基本不影响分子的HOMO能级及光学带隙,但会影响分子的堆积形态及结晶度,从而表现出不同的光伏性能。将这些分子作为给体,与PCBM复合制备小分子太阳电池,其中基于DPP(3CT)2:PCBM的电池器件表现出最优异的性能,给出4.56%的效率。 3.从实际应用的角度出发,在DPP末端引入可交联的连噻吩叠氮基,得到了耐溶剂性提高的DPP(BT-N3)2分子,并将其分别作为给体材料和受体材料制备大面积小分子器件。与聚3-己基噻吩(P3HT)复合制备的器件给出0.067%的最高效率,效率虽不高,但这是第一次尝试采用卷对卷技术制备大面积小分子太阳电池。 【关键词】：小分子太阳电池 吡咯并吡咯二酮 可交联 卷对卷生产技术
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-8
• Abstract8-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 引言11-12
• 1.2 有机太阳电池的工作原理及器件结构12-18
• 1.2.1 有机太阳电池的工作原理12-14
• 1.2.2 有机太阳电池的性能参数14-16
• 1.2.3 有机太阳电池的器件结构16-18
• 1.3 小分子有机太阳电池给体材料18-29
• 1.3.1 染料类20-23
• 1.3.2 低聚噻吩23-26
• 1.3.4 吡咯并吡咯二酮类(DPP)26-29
• 1.4 本论文的设计思想及主要工作29-31
• 第二章 具有合适能级的酯基修饰DPP分子的合成、表征及其光伏应用31-46
• 2.1 引言31-32
• 2.2 实验部分32-36
• 2.2.1 仪器32
• 2.2.2 原料32
• 2.2.3 理论计算32
• 2.2.4 有机共轭分子能带结构的表征32-33
• 2.2.5 器件的制备及表征33-34
• 2.2.6 目标分子的合成34-36
• 2.3 结果与讨论36-45
• 2.3.1 DPP(CT)_2的合成和热性能36-37
• 2.3.2 DPP(CT)_2的能级结构37-38
• 2.3.3 DPP(CT)_2的几何构型和前端轨道38-40
• 2.3.4 DPP(CT)_2的光伏性能40-42
• 2.3.5 活性层的载流子迁移率42-44
• 2.3.6 活性层的形貌44-45
• 2.4 结论45-46
• 第三章 末端官能团修饰的具有相似能级结构及增强光伏性能的DPP类分子的合成、表征及其光伏应用46-63
• 3.1 引言46-48
• 3.2 实验部分48-52
• 3.2.1 仪器48
• 3.2.2 原料48
• 3.2.3 器件的制备及表征48-49
• 3.2.4 目标分子的合成49-52
• 3.3 结果与讨论52-62
• 3.3.1 DPP(nCT)_2的合成和热性能52-53
• 3.3.2 DPP(nCT)_2的光学及电化学性能53-56
• 3.3.3 DPP(nCT)_2的光伏性能56-58
• 3.3.4 DPP(nCT)_2的分子堆积58-60
• 3.3.5 活性层的空穴迁移率及形貌60-62
• 3.4 结论62-63
• 第四章 可交联叠氮基团修饰的耐溶剂小分子光伏材料的合成、表征及其大面积卷对卷生产技术的应用63-75
• 4.1 引言63-64
• 4.2 实验部分64-67
• 4.2.1 仪器64
• 4.2.2 原料64
• 4.2.3 器件的制备及表征64-65
• 4.2.4 目标分子的合成65-67
• 4.3 结果与讨论67-74
• 4.3.1 DPP(BT-N_3)_2的合成67-68
• 4.3.2 复合薄膜的光学性质68-70
• 4.3.3 器件的光伏性能70-73
• 4.3.4 器件的入射光子-电子转化效率谱图(IPCE)73
• 4.3.5 活性层的形貌73-74
• 4.4 结论74-75
• 主要结论与创新点75-76
• 主要结论75
• 创新点75-76
• 参考文献76-93
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果93-95
• 作者简介95

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