新型有机光伏小分子的合成及器件性能的研究

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Janette
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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-NDI-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后得到的最佳器件光伏性能为:4.99mA/cm2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9.66mA/cm2,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。
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