新型D--A共聚给体材料的合成及表征
有机太阳能电池(Organic solar cells，OSCs)凭借质量轻、制备能耗低、原料选择丰富、可溶液加工以及器件具有柔性、半透明等优势，受到了越来越多学者的关注。近几年非富勒烯受体(Non-fullerene acceptors，NFAs)材料的快速发展，使得OSCs的能量转换效率实现了重大突破。为了进一步提高器件的光伏性能，设计并合成能与窄带隙受体材料匹配的高效给体材料至关重要。其中，D-A共聚给体材料凭借其易于调控的分子结构、能级与带隙，受到了研究者们的广泛关注并成为了新型给体材料研究的热点。基于此，本论文围绕新型D-A共聚给体材料这一课题设计与合成了三个系列的给体材料，并对材料的热稳定性、光学吸收、分子能级、微观形貌以及光伏性能进行了研究。其主要内容如下: (1)我们将含有酯基的吡咯基团引入到苯并噻二唑(BT)单元的侧链上，合成了具有非对称结构和对称结构的两个新型受体单元，将其分别与含有噻吩硫烷基侧链的苯并二噻吩(BDT)单元共聚合成了两种新型D-A共聚给体材料PL1、PL2。分析测试结果可知，相较于PL1，PL2具有更深的HOMO能级以及长波长范围内更强的吸收强度。 (2)我们首先合成了受体单元二噻吩并苯邻二甲酰亚胺，将其分别与噻吩单元、并噻吩单元、3，4-二氟噻吩单元共聚合成了三种新型的宽带隙D-A共聚给体材料PD1、PD2、PD3。通过对比三种给体材料，我们系统地研究了不同噻吩单元对给体材料光学吸收、分子能级的影响。实验结果表明，与PD1相比，PD2吸收光谱红移，HOMO能级上升，而PD3具有较深的HOMO能级。 (3)通过改变BDT单元的噻吩共轭侧链，我们合成了三种基于BDT单元与二噻吩并苯邻二甲酰亚胺单元的“拱型”结构新型D-A共聚给体材料D20、D21、D22。同时，我们系统地研究了不同共轭侧链对三种给体材料的热稳定性、光学吸收和分子能级的影响。结果显示，D20、D21、D22均具有较好的热稳定性。对比三种给体材料的能级可知，由于氟原子的引入，D20具有最深的HOMO能级。基于D20/Y6、D21/Y6、D22/Y6光伏器件的能量转换效率分别为3.06％、8.63％、4.66％。
有机太阳能电池;给体材料;D-A共聚;苯并二噻吩;分子结构;光伏性能
北京化工大学
硕士
材料工程
张志国;赵广耀
2021
中文
TM914.4
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）