基于卟啉的非富勒烯小分子受体材料的合成及光伏性能的研究

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1、工程硕士学位论文基于卟啉的非富勒烯小分子受体材料的合成及光伏性能的研究作者姓名郑何敏工程领域材料工程校内指导教师彭小彬教授校外指导教师刘亚伟研究员所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年04月Synthesisandphotovoltaicpropertiesofnon-fullerenesmallmoleculeacceptormaterialsbasedonporphyrinADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhengHeminSupervisor：Pr

2、of.PengXiaobinSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TB34学校代号：10561学号：201521016345华南理工大学工程硕士学位论文基于卟啉的非富勒烯小分子受体材料的合成及光伏性能研究作者姓名：郑何敏校内指导教师姓名、职称：彭小彬教授校外指导教师姓名、职称：刘亚伟研究员申请学位级别：工程硕士工程领域名称：材料工程论文形式：□产品研发□工程设计■应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：有机太阳能电池论文提交日期：2018年04月25日论文答辩日期：2

3、018年06月01日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：苏仕健教授委员：吴为敬副教授刘远高级工程师摘要卟啉小分子近些年作为太阳能电池给体材料以及界面材料已经有了迅速得发展，但其在小分子受体材料方面的研究却寥寥无几。卟啉分子作为给电子的大π共轭体系，具有良好的光、热稳定性等优点，卟啉可以通过多位点的修饰来调节其物理化学性能。苝二酰亚胺作为小分子受体材料中的明星单元，具有较强的吸电子能力，高电子迁移率，以及大的共轭面。而在苝二酰亚胺单元中引入杂原子，能通过杂原子间的相互作用力，调节分子的形貌，增强分子间相互

4、作用力，有助于提高迁移率。萘二酰亚胺虽然共轭面不及苝二酰亚胺大，但是研究表明其仍具有一定吸电子能力和较高的电子迁移率。本论文中使用苝二酰亚胺的衍生物单元、萘二酰亚胺单元与卟啉核合成出了新的受体小分子材料并研究其性能。首先，我们以卟啉为核，通过炔键与两种苝二酰亚胺的衍生物单元构建了小分子受体SMPDTP和SMPDPS。通过苝二酰亚胺衍生物单元的调节，两种小分子均在可见光范围内有较强的吸收，HOMO、LUMO能级也有所变化。通过表征发现SMPDPTP和SMPDPS应用于受体材料时，均没有很强的电流。SMPDTP由于与给材料之间相互作用力弱

5、，影响其性能；而SMPDPS则推测其由于分子自身聚集而影响了电子的迁移，因此也没有很高的电流。但仍对未来的小分子受体的设计具有一定的参考价值。其次，我们以卟啉为核，通过炔桥与萘二酰亚胺单元连接，合成的小分子受体具有较宽的吸收，LUMO能级和HOMO能级也有所变化。通过分析发现萘二酰亚胺环无法与卟啉环形成良好的相互作用，因此最终只获得了0.21%的效率。关键词：卟啉；小分子受体；苝二酰亚胺；萘二酰亚胺；有机太阳能电池IAbstractInrecentyears,porphyrinsmallmoleculeshavebeenrapidly

6、developedassolardonormaterialsandinterfacematerials.Butthereportsofporphyrin-basedaceptormaterialsarestillverylimited.Asalargeπ-conjugatedsystemforelectrondonation,porphyrinsshowsgoodstabilityandweatherresistance,andtheirphysicalandchemicalpropertiescanbeeasilytunedbymo

7、difyinganumberofpositions.Ontheotherhand,perylenediimideisafamousunitshowingcertainelectronwithdrawingability,highelectronmobilityandalargeconjugationplane,andthenaphthalenediimidealsohavealargeelectron-withdrawingabilityandahighelectronmobilityalthoughtheconjugatedsurf

8、aceisnotaslargeastheperylenediimideandtheelectron-withdrawingabilityisnotasgoodasthatoftheperylenediimide.Inth