新型有机光伏小分子给体材料的设计、合成与性能研究.pdf

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1、分类号：O62单位代码：10346密级：无学号：2015111009015硕士学位论文中文题目：新型有机光伏小分子给体材料的设计、合成与性能研究英文题目：Design,SynthesisandPropertiesofNovelOrganicPhotovoltaicSmallMolecularDonorMaterials申请人姓名：陈显杰指导教师：邱化玉合作导师：张倩专业名称：有机化学研究方向：有机光伏材料所在学院：材料与化学化工学院论文提交日期：2018年3月新型有机光伏小分子给体材料的设计、合成与性能研究陈显杰杭州师范大学杭

2、州师范大学硕士学位论文致谢致谢白驹过隙，在杭州师范大学的三年硕士研究生生涯即将结束，怀着一颗感恩的心，对这里所有帮助过我的人们致以最真诚的感谢。感谢我的导师邱化玉教授，您的人格魅力和学术水平早在我本科时就深深吸引了我，让我下定决心要在研究生三年的生涯中跟着您学习、探究；在这三年里，您的谆谆教诲使我在科研上和做人做事上都有所提高。感谢我的合作导师张倩，您的到来对课题组的帮助和成长至关重要。您对我的指导和帮助使我对自己课题的研究方向有了更深刻的了解，对科研的热情也变得更加浓厚。感谢课题组的尹守春教授，作为我本科时期的班主任，您督促

3、着我要对自己的生涯有所规划，向更优秀的人看齐。在这七年里，您给了我许多宝贵的建议和指导，让我更加清楚自身的不足，不断改正和进步。感谢课题组的其他老师，感谢你们在科研上提供的指导和帮助，使我们课题组能够走在正确的发展道路上，不断茁壮成长。感谢辅导员白芸和潘玉银老师，感谢你们在生活上对我们的帮助，让我们可以更加专心地投身于科研上；感谢李晓霞老师，感谢您在课程上对我们的帮助；还要感谢学院里的其他老师们，在你们身上可以学到许多优秀的品质。感谢课题组的每一位成员，感谢我的师兄贺李文斐，江兆伟，陈鑫博，陈栋，陶杰和师姐刘娟，陆亚红，林翠玲

4、，张静，余宵秀在科研和生活上对我的指导和帮助；感谢我的同学卢陈杰，徐洛楠，顾峥烨对我的支持和建议；感谢我的师弟林志靖，王兆龙，潘宇航，范逸琦，李忠正，袁鑫超，郑煜佳和师妹沈茜，汤丹婷，王丽君，徐欣，王琪铭，王琳在实验上给予我的帮助。感谢在这三年里帮助过我的人们，愿你们身体健康，一切顺利！I杭州师范大学硕士学位论文摘要摘要近些年来，可溶液处理的本体异质结（BHJ）有机太阳能电池由于具有质轻、柔性好、成本低以及可通过印刷进行大面积制造等优点，已经得到了研究者们广泛的关注。研究化学结构-光谱和能级-器件性能三者之间的关系对于通过分子

5、设计进一步提高光伏性能是非常重要的。而相比于共轭聚合物，小分子展现了更多独特的优点，例如结构明确、纯度高、能级易于调控以及器件性能无批次差异。所以，小分子更有利于研究分子结构与性能之间的关系。本论文各章节的内容如下：一、分别以噻吩取代的苯并二噻吩（BDTT）、辛氧基取代的苯并二噻吩（BDTO）和二噻吩并噻咯（DTS）为中心给体单元设计合成了三个D1-A-D2-A-D1型小分子给体材料DTBTBDTT、DTBTBDTO和DTBTDTS，系统地研究了不同的中心给体单元对分子的热学、光学、电化学性质以及器件性能的影响。三个化合物都具

6、有良好的热稳定性，在可见-近红外区域都有较宽的吸收和较高的吸光系数。化合物DTBTDTS的最大吸收峰相对于其他两个化合物有明显的红移现象，其最高占据轨道（HOMO）能级也要高于另外两个化合物，这是因为DTS单元的给电子能力强于BDT单元，分子内D-A相互作用更强。此外，相比于联噻吩，在两个噻吩中间引入乙烯基的反式联噻吩有着更长的有效共轭长度，带隙更窄；然而乙烯基的引入降低了三个化合物的溶解性，导致在器件制备过程中活性层的成膜性较差，器件的能量转化效率不理想。二、分别以1,3-茚满二酮（IN）以及其丙二腈衍生物（INCN）为端基

7、、以二噻吩并噻咯为核，设计合成了两个新型A-D-A型小分子给体材料DINDTS和DINCNDTS，并系统地研究这两种不同的端基对分子的热学、光学、电化学性质以及光伏性能的影响。两个化合物都具有较好的热稳定性，其中化合物DINCNDTS的结晶性能要好于化合物DINDTS。具有更强吸电子端基INCN的化合物DINCNDTS的最大吸收峰相对于化合物DINDTS有明显的红移现象，其LUMO能级也更低，带隙更窄。基于DINDTS的器件能量转化效率（PCE）为6.60%，其短路电流密度（J-2sc）为13.50mAcm；然而基于DINCN

8、DTS的器件其PCE只有0.58%，其短路电流密度仅为1.82mAcm-2，这主要是由于化合物DINCNDTS与PC71BM的共混薄膜形貌的相分离尺寸过大，以及给受体的LUMO能级差太小，II杭州师范大学硕士学位论文摘要导致激子分离效率太低。三、设计合成了以DTS单元为核、并