基于吡咯并吡咯二酮单元的有机小分子电子给体材料的合成与光伏性能研究

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1、学校代码10530学号201510141428分类号O627.8密级公开硕士学位论文基于吡咯并吡咯二酮单元的有机小分子电子给体材料的合成与光伏性能研究学位申请人邱忠彬指导教师刘煜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六月SynthesisandPhotovoltaicPropertiesofOrganicSmallMoleculeElectronDonorMaterialsBasedonDiketopyrrolopyrroleUnitsCandidateZhongbinQiuSupervisorProf.YuLiuCollegeColle

2、geofChemistryProgramChemistrySpecializationOrganicChemistryDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学

3、位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日湘潭大学2018届硕士学位论文摘要本论文系统的阐述了有机太阳能电池的发展历程，并着重介绍了非分子内共价键作用、吡咯并吡咯二酮(DPP)受体单元在小分子光伏给体材料设计中的实际应用。针对当前基于DPP受体单元的小

4、分子光伏给体材料的开路电压、载流子迁移率以及能量转换效率偏低等缺点，本论文在给体材料内引入具有强电负性的原子，通过分子内/分子间构筑非共价键作用，有效的优化了材料能级，促进了材料分子间的π-π堆积作用和自组装性能，从而提高了基于给体材料光伏器件的短113路电流、器件开路电压、载流子迁移率和器件能量转换效率。通过HNMR、CNMR和质谱等对目标化合物的结构进行了表征，并通过紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、热失重分析(TGA)和循环伏安(CV)等方法研究了有机小分子材料的光物理、热稳定性和电化学性能。制作了基于所合成的有机小分子材料构筑的太阳能电池器件，研究

5、了不同结构的材料对其光伏性能的影响。本论文设计合成了四个有机小分子给体材料，系统的研究了分子结构对器件性能的影响，主要研究内容如下：1、设计并合成了一类基于DPP受体单元的A-D-A型共轭小分子DFPh(DPP)2和DFDT(DPP)2，其分别以氟化后的苯(DFPh)及联噻吩(DFDT)为中心给体核。系统研究了他们的热稳定性、分子结晶性、光物理、电化学、分子平面性及光伏性能。研究发现：在A-D-A型小分子中心核上引入F原子，不仅可以有效的调节分子能级、改善分子间的堆积、增强分子的自组装性，还可以有效的提升器件的开路电压、短路电流和填充因子，从而获得了更好的光

6、电转换效率。以弱电子给体DFPh为核的DFPh(DPP)2展现出更低最高占据轨道能级(HOMO能级)，获得了更高的开路电压(0.97V)，而以具有更强给电子能力更长共轭单元的DFDT为核的DFDT(DPP)2表现出了更加优异的紫外可见吸收和更好的π-π堆积，因而获-2得了更高的短路电流12.60mAcm和填充因子72.6%，获得了更高的光伏器件效率(PCE达到了7.87%。这是基于DPP为末端受体单元的A-D-A型有机小分子光伏效率最高之一。初步研究表明，将氟原子引入到刚性骨架中心，能有效地提高A-D-A型有机小分子光伏性能。2、设计合成了两个(A-Ar)2

7、D构型的应用于有机小分子太阳能电池(SMOSC)的高性能窄带隙给体小分子DMPh(DPP-Py)2和DFPh(DPP-Py)2。两个小分子以芘基(Py)作为末端基团，电子受体单元吡咯并吡咯二酮(DPP)作为线性支臂，分别以1,4-二甲氧基苯基(DMPh)、1,4-二氟苯基(DFPh)作为刚性给体中心核。我们……研究了氟-硫(FS)、氧-硫(OS)原子间非共价键作用对于分子吸收光谱、分子能I湘潭大学2018届硕士学位论文级、给受体共混形貌、空穴迁移率和光电性质进行了研究。与甲氧基化的DMPh(DPP-Py)2相比，氟化的DFPh(DPP-Py)2表现出了更低的

8、HOMO能级，与PC71BM更优的共混形貌，以及更高