基于卟啉有机给体材料的合成与光伏性能研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Ling_Hun
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基于卟啉的化合物往往有着较强的吸光能力,优异的热稳定性以及较高的电子迁移率等特征,这些特点使得基于卟啉的小分子或者聚合物在有机太阳能电池领域中越来越备受关注。本文简要综述了卟啉类化合物在有机太阳能电池中多年的研究进展,以及在分子结构方面的设计思想。通过对溶解性、吸收光谱、能级匹配、载流子迁移率以及共混膜形貌等多方面考量,设计并合成了两个基于卟啉的小分子给体和一个聚合物给体。并通过核磁共振波谱、飞行时间质谱和凝胶渗透色谱等表征手段对合成的中间化合物及最终目标分子进行了表征,且深入地探究了它们的光物理、电化学以及光伏性能。本论文的主要研究内容如下:(1)设计并合成了两个以锌卟啉为核,噻吩为π桥,分别以3-乙基绕丹宁和氰乙酸异辛酯为端基的A-π-D-π-A型卟啉小分子给体Por-RD和Por-EC。系统地研究了两个不同端基对分子光物理性能、电化学性能、载流子迁移率、共混膜形貌和光伏性能的影响。研究结果表明,端基为绕丹宁的Por-RD表现出更宽更强的吸收,更合适的能级、更高更平衡的迁移率以及良好的相形貌。在加入1%的吡啶,并经过THF退火后,基于Por-RD:PC71BM的器件表现出4.87%的最佳PCE值,其Jsc为11.53 m A cm-2,Voc为0.90 V,FF为46.85%。(2)设计并合成了一种基于卟啉和苯并二噻吩二酮(BDD)的聚合物给体P(Por-BDD),深入的研究了它的光物理性质、电化学性质以及光伏性能表现。研究结果表明,P(Por-BDD)在400-850 nm区域内有着良好的吸收,在与PC71BM制备成二元有机太阳能电池后,表现出5.53%的PCE值。随后,我们将P(Por-BDD)作为第三组分加入至PM6:PC71BM体系中,以补充光谱提高Jsc,最终在加入1%DIO优化后得到了7.89%的PCE值,且有效的提高了Jsc值。
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