D-A型分子材料的合成及其在有機太陽能電池中的應用.pdf

1、由于有機太陽能電池制備簡單、成本低以及可大面積制造的優(yōu)點,已經在太陽能電池領域引起人們越來越多的興趣。本論文系統(tǒng)的概述了聚合物和有機小分子這兩類被廣泛研究的有機太陽能電池材料。苯并二茚類材料是由多元稠環(huán)連接而成,因此具有優(yōu)良的平面性以及較高的共軛程度,因而可以作為太陽電池給體材料中的給體單元。此外,苯并噻二唑(BT)也是被公認的最為有效的電子受體單元之一。
　　本論文以十二烷氧基苯基取代的苯并二茚類材料(IDT)為給體單元,分別與

2、同樣具有給電子能力的三聯(lián)噻吩(D)單元以及具有吸電子能力二噻吩苯并噻二唑(A)共聚,得到D-D型結構的共軛聚合物PIDT3T和D-A型結構的共軛聚合物PIDTDTBT。以此來研究這兩種不同類型結構的聚合物在熱穩(wěn)定性、光物理、電化學以及光伏性能方面的差異,分別采用熱失重分析(TGA)、紫外-可見吸收光譜(UV-vis)、伏安循環(huán)(CV)等手段表征其性質。同時,本論文還將苯并二茚類材料(IDT)引入不同類型的側鏈,正己基側鏈(IDT-C6)

3、和十二烷氧基側鏈(IDT-OC12),并以此為核,與二聯(lián)噻吩相連的苯并噻二唑偶聯(lián)合成兩類新型A-D-A結構的小分子BTIDT-C6和BTIDT-OC12,以此來探索側鏈對分子的光物理、電化學以及光伏性能的影響。本論文通過實驗得到的結論如下:
　　1.基于IDT單元的聚合物PIDTDTBT與聚合物PIDT3T都具有比較好的熱穩(wěn)定性,分解溫度Td均超過了400℃。前者要比后者具有更寬的光譜吸收。此外, PIDTDTBT的HOMO和LU

4、MO能級分別為-5.30 eV和-3.70 eV,PIDT3T的HOMO和LUMO能級分別為-5.35 eV和-3.55 eV,能級帶隙分別為1.60 eV和1.80 eV,前者要比后者具有更窄的能級帶隙。在相同的測試條件下,模擬太陽光AM1.5,100 mW/cm-2照射下,聚合物PIDTDTBT的光電轉換效率要比PIDT3T高很多,分別為4.52％和3.26%。
　　2.基于IDT單元的不同側鏈的兩類小分子BTIDT-C6和B

5、TIDT-OC12在紫外吸收以及電化學方面沒有太大差異。其中,BTIDT-C6的HOMO和LUMO能級分別為-5.37 eV和-3.71eV,BTIDT-OC12的HOMO和LUMO能級分別為-5.34 eV和-3.73 eV,電化學能級帶隙分別為1.66 eV和1.61 eV。但是后者的熔點要比前者低很多,分別是69.4℃和110.2℃。在相同的測試條件下,模擬太陽光AM1.5,100 mW/cm-2照射下,BTIDT-C6的光電轉換