引达省并二噻吩类与茚并噻吩类d-a型有机小分子光伏材料的合成及其性能研究

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1、学校代号10530学号201510141447分类号O627.8密级公开硕士学位论文引达省并二噻吩类与茚并噻吩类D-A型有机小分子光伏材料的合成及其性能研究学位申请人吴宝奇指导老师谭华副教授学院名称化学学院学科专业化学研究方向有机化学二零一八年五月SynthesisandPropertiesofD-ATypeOrganicSmallMoleculePhotovoltaicMaterialsBasedonIndacenodithiopheneandIndenothiopheneCandidateBaoqiWuSuperv

2、isorAsso.Prof.HuaTanCollegeCollegeofChemistryProgramChemistrySpecializationOrganicChemistryDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay,2018湘潭大学2018届硕士学位论文摘要近年来，有机太阳能电池迅速发展，器件效率已经达到商业化应用要求。器件光活性层材料(供体与受体材料)与器件优化是获得高效率太阳能电池器件的关键，其中，前者更是基础与前提。为进一步提升光伏性

3、能，丰富光伏供体材料种类，本论文通过改变末端基团，调控分子末端给体单元(D)与受体单元(A)的相互作用，从而改善分子填充因子(FF)及载流子迁移率；调节不同共轭π桥，拓宽分子吸收光谱，从而实现光谱与太阳光谱更大程度匹配，进而提升器件短路电流密度(Jsc)为出发点，设计合成了两类有机小分子给体材料，并确证了它们的化学结构，系统研究了目标化合物的热稳定性能、结晶性能、光物理性能、电化学性能、电荷传输性能、活性层共混膜形貌特征以及单活性层本体异质结型有机太阳能电池(BHJ-OPV)的光伏性能。主要研究内容和结果如下：1.设计

4、合成了基于引达省并二噻吩(IDT)为中心给体核，咔唑烷基链为末端给体单元，4,7-二溴-5,6-二氟-苯并噻二唑(2F-BT)为受体单元，噻吩(T)与噻吩并噻吩(TT)为π桥的对称型有机小分子光伏供体材料(Cz-T-2FBT)2IDT和(Cz-TT-2FBT)2IDT。研究结果表明：以咔唑为末端基团，能够有效改善分子堆积和自组装行为，从而有益于分子性能提升；分子共轭度的增加，较平面的分子结构，有利于提高太阳光利用效率，从而获得高的Jsc。其中，以(Cz-T-2FBT)2IDT为给体材料，以PC71BM为受体材料，制作的

5、BHJ-OPVs器件获得最大的能量转换效率(PCE)，达到了5.93%。2.设计合成了基于茚并噻吩(IT)为中心给体核，咔唑烷基链为末端给体单元，2F-BT为受体单元，T与TT为π桥的不对称型有机小分子光伏供体材料IT(2FBT-T3Cz)2和IT(2FBT-TT3Cz)2。研究结果表明：改变分子末端基团，调控末端D-A间相互作用，对提升分子Jsc和FF有明显效果。以IT(2FBT-T3Cz)2为给体材料，以PC71BM为受体材料，制作的BHJ-OPVs器件的PCE达到了5.81%，其中开路电压(Voc)高达0.97V

6、。这也是目前基于茚并噻吩的不对称小分子给体材料获得效率最高值。关键词：有机太阳能电池；小分子给体材料；引达省并二噻吩；茚并噻吩；咔唑I湘潭大学2018届硕士学位论文II湘潭大学2018届硕士学位论文AbstractInrecentyears,organicphotovoltaics(OPVs)havedevelopedrapidly,andthedeviceefficiencyhasreachedthecommercialapplicationrequirements.Thephotoactiveactivelayer

7、materials(donorandacceptormaterial)anddeviceoptimizationarethekeytobatteriesforobtaininghigh-efficiency.Theformeristhefoundationandprecondition.Inordertoimprovethephotovoltaicpropertiesandenrichthevarietyofdonormaterials,thispaperaimstoimprovethemolecularfillfac

8、tor(FF)andcarriermobilitybychangingtheterminalgroupandregulatingtheinteractionbetweentheterminaldonorunit(D)andtheacceptorunit(A),andraisetheshort-circuitcurrent(Jsc)