新型有机光伏小分子合成及器件性能地研究

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1、曲阜师范大学研究生学位论文原创性说明本人郑重声明：此处所提交的博士□/硕士□论文《新型有机光伏小分子的合成及器件性能的研究》，是本人在导师指导下，在曲阜师范大学攻读博士□/硕士□学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不包含他人已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中已明确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：曲阜师范大学研究生学位论文使用授权书《新型有机光伏小分子的合成及器件性能的研究》系本人在曲阜师范大学攻读博士□/

2、硕士□学位期间，在导师指导下完成的博士□/硕士□学位论文。本论文的研究成果归曲阜师范大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义发表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权曲阜师范大学，可以采用影印或其他复制手段保存论文，可以公开发表论文的全部或部分内容。作者签名：日期：导师签名：日期：万方数据摘要溶液可加工的体相异质结太阳能电池因为具有制备工艺简单、来源广泛、重量轻、柔性可折叠等优点而引起人们越来

3、越多的关注，成为近几年光伏产业的研究重点，很有希望在将来取代无机硅太阳能电池。本文综述总结溶液可加工的有机小分子体异质结太阳能电池的原理、结构和发展现状。同时设计合成了二个溶液可加工的新型有机小分子受体，我们研究了分子结构与纳米结构的关系；合成了四个小分子给体材料，我们通过改变小分子末端基团，构筑新型给受体共轭小分子等方法成功实现了对给体材料带隙、能级、表面形貌、迁移率以及器件性能的调节。具体可分为三部分：1.在小分子受体方面，首先合成了两个基于内酰亚胺（NDI）单元，通过噻吩和苯并噻二吩桥连的新

4、型受体小分子Bis-NDI-T-EG和Bis-NDI-BDT-EG。紫外吸收和电化学测试表明两分子在500~800nm处显现出微弱的有吸收，其HOMO和LUMO能级分别为-5.88/-3.80eV，-5.46/-3.78eV。综合两分子的吸收及能级，我们分别选取了聚合物（PBDTTT-C-T和PTB7）和小分子（p-DTS(FBTTh2)2和BDT-DPP）作给体，制备了非富勒烯有机太阳能电池。在一系列的优化后，我们发现当PBDTTT-C-T做给体时，两小分子Bis-NDI-T-EG和Bis-ND

5、I-BDT-EG得到最高效率，分别为1.31%，1.24%。2.通过Stille偶联方法合成了基于三苯胺（TPA）的小分子给受体TPA(2TPHM)3，将给体材料与PC71BM共混(1:4,w/w)制备的光伏器件，分别在未退火，90℃和100℃热退火下得到器件转化效率分别为：1.33%，1.56%，1.75%，其中在100℃下退火10min后得到2的最佳器件光伏性能为：4.99mA/cm的短路电流，0.87V的开路电压，40%的填充因子和1.75%的光电转化效率。3.我们选取BDT-DPP-BDT

6、为骨架，在其末端分别引入CNR和HTT单元，进而得到小分子给体材料BDB,CNRBDB,HTTBDB。结果我们发现，在骨架BDB上引入积性，平面性的吸电子基团CNR，增大了分子的空穴迁移率，与PC71BM混合制备电池，填充因子FF也有27%增大到57%，PC71BM的相尺寸由70nm减小到20nm。当在BDB骨架引入平面性较差的给电子基团HTT，活性层给受体相尺寸都减小到20nm，电流由4.22增大到9.662mA/cm，填充因子FF增高到46%。总之，本工作揭示了基于DPP的末端基团对于调控相尺

7、寸和光电性质的重要性，对推动有机光电材料应用开发具有理论意义和现实价值。关键词：有机太阳能电池，器件性能，三苯胺，末端基团，结构性能关系Abstract万方数据Solution-processedheterojunctionorganicsolarcells(OSCs)havebeenattractedmoreandmoreattentionsduetotheireasypreparation,abundantmaterialsresource,lightweight,andflexiblepro

8、perties.Itishopefullyreplaceinorganicsiliconsolarcellsinthefuture.Inthispaper，wediscussedprinciple，structure，developmentstateofbulk-heterojunctionorganicsmallmoleculesolarcells.Thenwedesignedandsynthesizedtwosolutionprocessablesmallmoleculesas