卟啉类小分子给体、受体和界面材料设计合成及光伏性能研究

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1、工程硕士学位论文卟啉类小分子给体、受体和界面材料设计合成及光伏性能研究作者姓名邓科工程领域材料工程校内指导教师吴为敬校外指导教师刘亚伟所在学院材料科学与工程论文提交日期2018年4月Design,SynthesisandPhotovoltaicPropertiesofSmallMoleculesDonor,AccepterandInterfaceMaterialsbasedonPorphyrinADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:Deng

2、KeSupervisor:associateProf.WuWeijingSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TB34学校代号：10561学号：201521016468华南理工大学硕士学位论文卟啉类小分子给体、受体和界面材料设计合成及光伏性能研究作者姓名：邓科指导教师姓名、职称：吴为敬副教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：材料工程研究方向：有机太阳能电池论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年6月1日学位授予单位：华南理

3、工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：苏仕健委员：苏仕健彭小彬刘远摘要为了解决化石能源储量减少和环境污染问题，科学家们开始探索清洁、可再生能源。太阳能储量丰富，无污染，成为人们的首选。太阳能电池是利用太阳能较为直接方便的方式，其中有机太阳电池具有密度小、柔性、成本低、可通过旋涂和喷墨打印等技术实现大面积生产等特点，因而受到科学家们广泛研究。卟啉类化合物具有良好的吸光性、平面性、电子传输性以及易通过外围修饰和改变空腔金属来调节分子的性能，因而卟啉类化合物在有机太阳电池中有许多应用。本论文是卟啉类小

4、分子给体、受体和界面材料设计合成及光伏性能研究。首先，我们合成了小分子TEHZnP-NA和TEHZnP-TNA，通过在D-A结构之间引入噻吩π桥，可以调节材料的能级和光谱吸收。以TEHZnP-NA和TEHZnP-TNA分别为给体材料，以PC61BM为受体材料制备的BHJ型有机太阳电池分别获得了0.79%和0.65%的能量转化效率。然后，我们合成了小分子TIPS-TEHZnP-FN、TIPS-TEHZnP-FNBr、DPP-TEHZnP-FN和DPP-TEHZnP-FNBr，并将其用作阴极界面材料。接入DP

5、P可以使材料吸收范围变宽，离子化会改变卟啉Qband吸收峰形，降低Qband吸收强度。吸电子端基DPP和离子化对材料的HOMO、LUMO能级也有影响。当以PTB7:PC61BM为活性层，以TIPS-TEHZnP-FN、TIPS-TEHZnP-FNBr、DPP-TEHZnP-FN和DPP-TEHZnP-FNBr分别作为阴极界面时，制备的电池效率分别为8.47%、8.51%、7.97%和8.34%，阳离子的TIPS-TEHZnP-FNBr比中性的TIPS-TEHZnP-FN的效率高，同样，阳离子的DPP-TE

6、HZnP-FNBr比中性的DPP-TEHZnP-FN的效率高。结果表明，吸电子端基DPP和极性基团种类对材料的光伏性能也有影响。最后，我们合成了星型卟啉小分子tetraNA-ZnP，通过tetra-meso位乙炔桥共轭连接四个吸电子端基，可以进一步降低材料的LUMO能级。当以聚合物PBDB-T为给体，以tetraNA-ZnP为受体制备的器件效率为1.40%。关键词：小分子；卟啉；太阳能电池；给体；界面；受体IAbstractThescientistshavebeguntoexplorecleanandre

7、newableenergysourcestosolvetheproblemofdwindlingfossilenergyreservesandenvironmentalpollution.Solarenergybecomethefirstchoiceofpeoplebecauseofit’sabundantandpollution-free.Thesolarcellisadirectandconvenientwayofusingsolarenergy.Theorganicsolarcellshaveman

8、ycharacteristics,suchas,asmalldensity,flexible,lowcostandcanachievelargeareaproductionbyspincoatingandinkjetprintingtechnology,andthushavebeenextensivelyresearchedbythescientists.Theporphyrinderivativeshavegoodoptic