A-A型有機太陽能電池給體材料的合成及光伏性能研究.pdf

1、有機太陽能電池(OPVs)因其材料易得、合成成本低、柔韌性好以及可溶劑化大面積制備等特點，具有巨大的應用潛力，成為了近年來國內外的研究熱點。其能量轉換效率得到了一定程度的提高，但想要將其產業(yè)化還有很長的路要走。有機太陽能電池性能主要取決于活性層的光電轉換過程，因此活性層材料的開發(fā)一直是有機太陽能電池領域的研究重點和突破點。本論文以有機太陽能電池給體材料為研究對象，提出了一種Acceptor-Acceptor(A-A)型共軛給體材料的設計

2、方法，將兩個缺電子單元引入到材料的共軛主鏈，合成出了一系列A-A型聚合物、小分子給體材料并對其光伏性能進行了系統(tǒng)研究，為有機太陽電池給體材料的設計提供了新的思路。主要研究結果如下:
　　1.設計并合成出一種基于兩個吸電子單元diketopyrrolopyrrole(DPP)和pentacyclic lactam(PCL)的A-A型窄帶隙聚合物PDPP2TPCL。研究表明兩個吸電子單元的引入能夠有效拓寬聚合物的吸收光譜，降低聚合物的

3、能級。有機場效應晶體管(OFET)測試的結果表明聚合物具有0.81cm2V-1s-1的高空穴遷移率。以其作為給體、富勒烯衍生物[6，6]-4-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)作為受體制備有機太陽電池得到了4.7％的光電能量轉換效率(PCE)和0.65eV的能量損失。
　　2.以PDPP2TPCL為基礎，通過引入甲基對其結構進行微調，合成出了兩個新的A-A型共軛聚合物。研究發(fā)現(xiàn)甲基噻吩的引入能夠適當提升聚合物的能級，使聚合物的

4、吸收產生輕微的藍移，但其在OFET中仍具有相近的空穴遷移率。將其作為給體材料應用到有機太陽能電池中，結果顯示，含甲基的聚合物的器件活性層具有更好的相分離尺寸，器件短路電流得到了顯著提升，PCE從4.2％提升到了6.1％。研究結果表明，通過分子結構的設計與細微調控能夠有效改變材料的能級和微觀形貌，從而提升材料的光電性能。
　　3.沿用A-A型共軛給體材料的設計策略，設計并合成出一個基于上述強吸電子單元DPP和弱吸電子單元PCL的窄帶

5、隙小分子給體材料PCLDPP。研究發(fā)現(xiàn)A-A型結構的設計能夠使共軛小分子具有較短共軛主鏈的同時得到較窄的能量帶隙和較寬的吸收光譜。以PCLDPP作為給體、PC61BM作為受體制成的OPV器件得到了4.8％的PCE，而以非富勒烯小分子做為受體的電池器件得到了2.4％和3.5％的PCE，表明以多個缺電子基團為骨架設計合成的共軛小分子在有機太陽能電池中具有一定的應用潛力。通過對器件性能與形貌的研究表明，載流子遷移率不匹配以及相分離尺寸過大等缺