论文部分内容阅读
近二十年,有机太阳能电池由于成本低、重量轻、柔性及可制作大面积器件而备受关注。一直以来,富勒烯受体以高的电子迁移率以及各向同性的传输性能而占有主导地位,但富勒烯受体也有瓶颈,比如在可见光区以及近红外区吸收较差、能级调控难以及制作的电池稳定性差,因此,非富勒烯有机太阳能电池的研究逐渐受到重视。本论文基于苝酰亚胺、萘酰亚胺、氰基茚酮和氟代氰基茚酮等较常用的缺电子基团,设计合成了一系列可溶液加工的新型非富勒烯电子受体,并研究了它们的光学、电化学、热学以及光伏性能。本论文主要分为七个部分:1.合成了两个带有丁氧基(BU)和甲氧基乙氧基(ME)侧链的花酰亚胺受体小分子(diPDI-BU和diPDI-ME)。diPDI-ME的溶解性优于diPDI-BU,但光伏性能比diPDI-BU的差。2.合成了 PDI-CNTVT和NDI-CNTVT两个酰亚胺受体聚合物,两个聚合物的成膜性较好。以PTB7-Th为给体,PDI-CNTVT和NDI-CNTVT为受体,制备的电池器件效率分别为1.74%和3.8%。3.基于苝酰亚胺(PDI)和萘酰亚胺(NDI)合成了四个无规共聚物PDI-co-NDI。当NDI含量为100%时,以PTB7-Th为给体,器件效率最高,为4.63%。4.利用PDI和NDI单元合成了五个苝酰亚胺和萘酰亚胺无规共聚物。以P3HT为给体,P3HT:PPDI25-co-NDI75(3:1,w/w)的器件效率为 1.54%,P3HT:PPDI100/PNDI100(3:0.25:0.75,w/w)的器件效率为0.83%。实验结果表明,相同给受体质量比的条件下,化学无轨共聚的器件比物理共混的电池效率高。5.合成了五并芳杂稠环电子受体IDIC-Th。通过与三种不同带隙的给体PBnDT-FTAZ,PTFBDT-BZS 和 PTB7-Th 共混,宽带隙的给体材料 PBnDT-FTAZ 与IDIC-Th受体分子共混制作的电池器件效率最高,电池效率为6.46%。实验结果表明,给受体之间的光谱吸收互补性对电池器件的效率起着重要的作用。6.设计合成了一系列九并芳杂稠环电子受体INIC、INIC1、INIC2和INIC3。以FTAZ为给体,含F的INIC1、INIC2和INIC3效率比不含F的INIC电池效率高,其中,基于INIC3的器件效率最高,为11.5%。7.以含氟氰基茚酮为拉电子单元,合成了氟代的七并芳杂稠环电子受体ITIC-Th1。与ITIC-Th相比,氟原子的引入,红移了ITIC-Th1的吸收光谱,降低了LUMO和HOMO能级,增强了 ITIC-Th1的π-π堆积。与给体FTAZ共混,以ITIC-Th1为受体的器件,效率高达12.1%。