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可溶液加工有机分子太阳能电池因为同时具有聚合物太阳能电池制备工艺简单、成本低、重量轻、可制备成柔性器件,以及有机分子蒸镀太阳能电池材料分子结构确定和器件性能容易重复的优点而受到广泛关注。本论文主要围绕设计合成以三苯胺为给体单元,二腈基吡喃、苯并噻二唑、丙二腈基、并吡咯二酮为受体单元的线型或星型D-A结构分子材料展开,将这些材料作为给体材料应用于可溶液加工有机太阳能电池,主要结果如下:
1.设计合成了以三苯胺为给体单元、二腈基吡喃为受体单元、苯乙烯基为共轭桥并外接烷氧链的D-A结构星型分子材料S(TPA-PPMP-TPA-OR),将此星型分子材料与PC70BM共混制备的有机太阳能电池,在AM1.5,100 mW/cm2光照下,得到1.02 mA/cm2的短路电流,0.75 V的开路电压,36%的填充因子和0.3%的能量转换效率。
2.设计合成了以三苯胺为给体单元、二腈基吡喃为受体单元、噻吩乙烯基或已基噻吩乙烯基为共轭桥的D-A结构线型分子材料TPA-TV-PM和TPA-HTV-PM,将这两种线型分子分别与PC70BM按重量比1:3共混,制备光伏器件,分别得到:5.94、6.78 mA/cm2的短路电流,0.79、0.78 V的开路电压,44%、39%的填充因子和2.06%、2.10%的能量转换效率。
3.设计合成了以三苯胺为给体单元、苯并噻二唑为受体单元、不同单元为共轭桥的D-A结构线型分子材料TPA-HT-BT、TPA-HTT-BT和boTPA-HTT-BT,将它们分别与PC70BM按重量比1:3共混,制备光伏器件,分别得到:4.84、5.71、3.61 mA/cm2的短路电流,0.79、0.74、0.61V的开路电压,37.5%、34%、34.2%的填充因子和1.44%、1.44%、0.75%的能量转换效率。
4.设计合成了以三苯胺为给体单元、苯并噻二唑为受体单元的一系列D-A结构分子材料B(TPA-BT-4HT)、S(TPA-BT-4HT)、S(TPA-TBTT)、S(TPA-TBTT-TPA)、S(TPA-sBT-4HT)、S(TPA-sTBTT)、S(TPA-BI)和t-TPA-BT,将它们分别与PC70BM按重量比1:2或1:3共混,制备光伏器件。其中具有较好光伏性能的是基于S(TPA-BT-4HT)、S(TPA-BT)和t-TPA-BT的器件,分别得到:8.58、7.77、9.10 mA/cm2的短路电流,0.85、0.92、0.84 V的开路电压,32.7%、44%、44.1%的填充因子和2.39%、3.12%、3.37%的能量转换效率。
5.设计合成了以三苯胺为给体单元、丙二腈基为末端受体单元、连已基噻吩为共轭桥的D-A结构星型分子材料S(TPA-bT-DCN)和S(TPA-bTV-DCN),将它们分别与PC70BM按重量比1:2共混,制备光伏器件,分别得到:5.21、7.76 mA/cm2的短路电流,0.84、0.88 V的开路电压,30.8%、43.9%的填充因子和1.4%、3.0%的能量转换效率。
6.设计合成了以三苯胺或[3,2-b]并噻吩为给体单元、并吡咯二酮为受体单元的D-A结构线型分子材料DPP-TPA、DPP-TPA-OR、DPP6-HTT和DPP8-HTT,与PC70BM共混制备器件,得到初步光伏结果,最好能量转换效率达到1.5%。