含苯并二噻吩和绕丹宁的有机光伏材料的合成及研究

【摘要】：目前,随着能源储量的急剧减少,研究者们投入了大量的精力去寻找可持续利用的新能源,例如:风能、地热能、太阳能。与其它新能源相比,太阳能电池是解决能源枯竭问题的最有前景的新技术。目前实现商业化应用的主要是硅基太阳能电池,但是昂贵的硅纯化技术和所带来的环境污染问题严重限制了它的发展应用。有机太阳能电池是一种很有前景的光伏技术,具有低成本、重量轻、柔性等优点,但是它的能量转换效率还达不到商业化应用的需求,因此这需要研究者们不断去开发新的有机光伏材料。本文设计并合成了两类有机小分子和共轭聚合物光伏材料,并对这些材料的热性能、UV-Vis吸收性能、电化学及光伏性能进行了详细的研究。1.设计并合成了两种A–D–A结构的有机小分子:以3,4-二甲氧基噻吩为核并含有DTBT的小分子S1-DTBT和以3,4-二甲氧基噻吩为核的七噻吩骨架并含有3-乙基绕丹宁末端吸电子基团的小分子S2-7TRD。我们具体地研究了DTBT和绕丹宁基团对这两个有机小分子性能的影响。这两个小分子均有较好的溶解性和热稳定性。DTBT基团的引入成功地降低了S1-DTBT的HOMO能级并提高了它的溶解性,而绕丹宁基团提高了S2-7TRD的UV-Vis吸收光谱的宽度和强度并进一步提高了其短路电流密度。因此,S2-7TRD的短路电流密度几乎是S1-DTBT的两倍。2.设计并合成了四个侧链型交替共聚物,分别为PBDT-TRD、PBDT-3TRD、PBDT-TTRD和PBDT-3TTRD,并首次将3-乙基绕丹宁吸电子基团引入到聚合物侧基上。我们具体地研究了π桥和绕丹宁基团对共聚物性能的影响。这些共聚物的吸收光谱较宽、HOMO能级较低、热稳定性较好。当PC61BM用作受体材料时,PBDT-TRD和PBDT-TTRD具有较高的能量转换效率,其值分别为3.35%和3.18%,其中PBDT-TRD的开路电压高达0.94 V。

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