基于吡咯并吡咯二酮的有机小分子给体材料的设计制备及其在有机太阳能电池中的应用

《基于吡咯并吡咯二酮的有机小分子给体材料的设计制备及其在有机太阳能电池中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文基于吡咯并吡咯二酮的有机小分子给体材料的设计制备及其在有机太阳能电池中的应用作者姓名余盼盼学科专业材料学指导教师朱旭辉教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月Designandsynthesisofdithienyldiketo-pyrrolopyrrolebasedorganicsmallmoleculedonorsfororganicsolarcellsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YuPanpanSupervisor：Prof.ZhuXuhuiSouthChinaUnivers

2、ityofTechnologyGuangzhou,China摘要由于人口的增加和工业生产的迅速发展，仅开发石油、煤矿等传统能源已经无法满足需求，开发一种新的清洁型能源迫在眉睫。由于有机光伏电池具有质轻、生产成本低等优点成为科研人员研究的热点。本论文以炔键为π桥，设计了一系列基于吡咯并吡咯二酮类小分子给体，并探究了刚性端基苯并呋喃对材料的光学、热学、电化学、迁移率、表面形貌以及光伏性能的影响。1.首先，我们合成了以联噻吩为核，通过炔键和吡咯并吡咯二酮及其衍生物相连的小分子给体材料C12BT(DTDPPA)2和C12BT(BFu-DTDPPA)2。在薄膜状态下，C12BT(DTDPPA)

3、2和C12BT(BFu-DTDPPA)2的吸收边分别为725nm和775nm，相对溶液状态，分别红移了75和85nm。经120℃退火10min后，C12BT(BFu-DTDPPA)2的吸收未发生明显的变化，然而C12BT(DTDPPA)2发生了明显的H-聚集向J-聚集的转变。在100℃下退火10min后，C12BT(DTDPPA)2和C12BT(BFu-DTDPPA)2的空穴迁移率分-4-4211别为6.33×10和6.78×10cmVs。经与PC61BM共混后，C12BT(BFu-DTDPPA)2-4211-6211仍保持2.19×10cmVs，而C12BT(DTDPP

4、A)2下降至6.54×10cmVs。在传统的正装器件结构(ITO/PEDOT:PSS/BT(BFu-DTDPPA)2:PC61BM/Al)中，C12BT(BFu-DTDPPA)2在100℃退火10min后，器件性能达到最优，能量转换效率为23.28%(Voc≈0.78V,Jsc≈6.2mAcm和FF≈68%)。值得注意的是，上述结果均未使用高沸点的添加剂和溶剂退火。C12BT(DTDPPA)2表现出较差的光伏性能（PCE=2.71%,2Voc≈0.86V,Jsc≈2.71mAcm和FF≈44%）可能是因为较差的形貌。2.然后，我们通过烷基侧链改性，设计合成了两个小分子给体材料BT

5、(DTDPPA)2和
BT(BFu-DTDPPA)2。减短烷基链后，BT(DTDPPA)2和
BT(BFu-DTDPPA)2相对C12BT(DTDPPA)2和
C12BT(BFu-DTDPPA)2的紫外-可见光吸收及电化学性质并未发生太多改变。但是，烷基链缩短后，由于分子间的作用力增大，导致了
BT(DTDPPA)2和BT(BFu-DTDPPA)2的空穴迁移率增大，从而得到了更高的短路电流。在传统正装器件I中，BT(BFu-DTDPPA)2表现出最佳的器件性能，PCE为4.6%(Voc≈0.80V,Jsc≈9.0mA2cm和FF≈63%)。3.酯基具有弱吸电性，能够拉低分子的HOM

6、O能级，从而获得更高的开路电压，因此，我们在BT(BFu-DTDPPA)2的分子骨架上引入了酯基侧链，设计了分子COOBT(BFu-DTDPPA)2。与BT(BFu-DTDPPA)2相比，COOBT(BFu-DTDPPA)2有着相同的吸收边为780nm和类似的最大吸收峰为645nm。但是COOBT(BFu-DTDPPA)2的HOMO能级更低，为-5.24eV，因此，COOBT(BFu-DTDPPA)2获得了更高的开路电52压，为0.83V。但是，由于COOBT(BFu-DTDPPA)2的混合薄膜迁移率为1.54×10cm-1-1Vs，只有BT(BFu-DTDPPA)2迁移率的1/2

7、，导致了较小的短路电流，从而能量转换效率较低。最终，与PC61BM制备成传统正装器件（ITO/PEDOT:PSS/Activelayer/Al）后，获得了2.9%的能量转换效率，开路电压为0.83V，填充因子为59%，短路电流为-25.84mAcm。关键词：有机太阳能电池；吡咯并吡咯二酮；苯并呋喃；小分子给体材料IIAbstractDuetothedramaticgrowthofthepopulationandtherapidindustrialdevel