论文部分内容阅读
有机太阳能电池由于其显著的优点,比如成本低、质量轻以及机械灵活性引起了广泛的研究兴趣。目前,基于溶液可处理的有机小分子体异质结光伏器件的最大效率已超过10%。对于大多数有机小分子给体材料,按对称性其分子结构可分为对称型和不对称型。聚合物有机太阳能电池给体材料的单体多为D-A不对称结构,这类分子具有高效的分子内电荷转移,但是这类分子往往没有足够的光吸收能力。为了拓宽光谱吸收,进而提高光电转化效率,需要利用多功能性基团修饰来设计新型分子。本论文报道了BTO和BTF两个系列共8个D-A1-A2型不对称结构的有机小分子给体材料。在这些分子中,采用三苯胺作给电单元(D),含烷氧链的苯并噻二唑(BTO)和含双氟的苯并噻二唑(BTF)分别作吸电单元(A1),给电单元和吸电单元之间分别以苯基、苯乙烯基、苯乙炔基和2-苯基丙烯氰基作桥键构成基本的D-π-A1结构。为了改善材料的光谱吸收能力,引入另一个吸电单元(A2)对氰基苯基延长分子结构,延伸出8个D-A1-A2型分子。我们对BTO和BTF系列材料进行高斯理论计算、紫外-可见光谱吸收和循环伏安测试以及制作成溶液可处理的体异质结器件,探究苯并噻二唑核上不同的取代基及不同的桥键对材料光物理及光电性能的影响。测试结果表明：1)两个系列材料由于引入苯并噻二唑强吸电基使其具有较低的HOMO能级,均获得较高的开路电压,达到0.9V以上。2)苯并噻二唑核上引入双氟使BTF系列材料的HOMO能级进一步降低,与BTO系列材料相比,其对应材料的开路电压略有提高。3)苯并噻二唑核上引入烷氧链使BTO系列材料在氯仿溶液中具有良好的溶解性因而具有良好的成膜性,有效地改善了短路电流和填充因子。4)桥键主要影响材料的HOMO能级,对LUMO能级影响较小,以2-苯基丙烯氰基为桥键的材料具有较低的HOMO能级,因而基于材料TPACNBTFCN为给体的器件获得了1.01V的开路电压：基于TPACNBTOCN为给体的器件经溶剂蒸汽退火处理后同时具有高开路电压和高短路电流,表现出最优的光电转化效3.03％,Jsc=9.48 mA.cm-2,Voc=1.00V,FF=0.32。