d-a型有机小分子光伏材料的合成及其结构与性能关系研究

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1、＂Ｉ堂恃化号１０５３０学号２０１３３０９９００７２．．—．’Ａ级．．６２７．８密．分类号０空巧！Ｉ１－、舶渾人摩博±学位论文■－－－補Ｄ－Ａ型有机小分子光伏材料的合成及其结构与性能关系研究‘建华：学位申请人；带＾陈指导教师朱卫国教授．＇？朽透．学院名称．化学学晓導学科专业’有机化学巧■＾在Ｉ若省研究方向有化巧能材料苗．．－＇二〇—六年四月，＇．一１．湘潭大学学位

2、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１。除了文中特别加＾＾示注引用的内容外，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。对本文的研巧做出重要贡。献的个人和集体，巧己在文中从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；下杳日期：名从辟／月３日、学位论文版权使用授极书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口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查

3、阅和借阅。本人授权湘潭大学可臥将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检秦，可封采用影印、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。＾３作者签：必／名：知日期日月导师签期曰月曰＾ｉSynthesisofD-ATypeOrganicSmallMoleculePhotovoltaicMaterialsandInvestigationoftheRelationshipbetweenMolecularStructureandPropertiesCandidateJi

4、anhuaChenSupervisorProf.WeiguoZhuCollegeCollegeofChemistryProgramOrganicChemistrySpecializationOrganicFunctionalMaterialsDegreePh.DegreeUniversityXiangtanUniversityDateApril,2016湘潭大学2016届博士学位论文摘要21世纪以来，在化石能源的日益匮乏以及环境污染日趋严重的双重制约之下，迫使人们开发清洁、无污染、可持续发展的新能源。有机太阳能

5、电池(OPV)由于具有清洁无污染、无地域限制、质量轻、柔性、可大面积制作以及取之不尽用之不竭等优点，成为近年来世界各国新能源开发与应用的重点研究方向。尤其是小分子有机太阳电池，由于其具有材料来源广泛、分子结构确定、没有批次差异、易于纯化、没有端基影响以及很好的重复性等优势，备受科研工作者和光伏公司的青睐。本论文对有机太阳能电池的发展历程、工作原理以及有机太阳能电池活性层给、受体材料进行了系统的阐述。针对目前有机太阳能电池能量转换效率仍然不能满足商业化生产的需求、高效给体材料种类较少、分子的结构与性能之间的关系尚

6、不明确等关键科学问题，设计合成了系列基于吡咯并吡咯二酮(DPP)以及苯并噻二唑(BT)单元的给体(D)-受体(A)型的有机小分子太阳能电池给体材料，并表征了有机小分子光伏给体材料的分子结构，系统研究了它们的光物理性能、热稳定性能、电化学性能、电荷传输性能及其在本体异质结(BHJ)有机光伏（OPV）器件中的光伏性能，初步揭示了D-A型有机小分子光伏材料的分子结构与光物理、电化学、电荷传输、光伏等性能的关系，获得了性能优良的有机太阳能电池小分子给体材料。本论文的研究内容如下：1)设计合成了一系列以三苯胺、咔唑、噻吩

7、、菲等为末端D单元，以DPP衍生物为A单元，9,10-位、2,6-位蒽和1,6-位、2,7-位芘为中心D单元的D-A型、D-A-D型以及D1-A-D-A-D1型窄带隙小分子光伏给体材料。系统研究了小分子的构型、中心单元及其连接位置的改变、以及末端基团的改变对小分子光伏性能的影响。其中以2,7-位芘为中心D单元，2-辛基噻吩为末端D单元的小分子ThDPP2Py(2,7)显示出最好的光伏性能，其BHJ-OPV器件的能量转化效率(PCE)为5.88%，短路电流(J2sc)、开路电压(Voc)和填充因子(FF)分别为1

8、5.35mA/cm、0.66V和57.89%。2)设计合成了一系列以不同烷基链取代的DPP为A单元，2,7-位芘为中心D单元的A-D-A型窄带隙小分子光伏给体材料。系统研究了烷基链的长度对小分子器件性能的影响。研究结果表明，其中以2-乙基己基作为取代烷基的小分子C8-DPP2Py显示了较好的器件性能，其BHJ-OPV器件的PCE达到了5.67%，其J2sc、Voc和FF分别为11.13