基于蒽并二噻吩光伏材料合成及在有机太阳能电池上应用-synthesis of photovoltaic material based on anthracene dithiophene and its application in organic solar cell.docx

基于蒽并二噻吩的光伏材料的合成及在有机太阳能电池上的应用摘要在 过 去 的 几 十 年 中 ， 研 究 者 们 合 成 了 大 量 新 的 活 性 层 光 伏 材 料 ， 使 用 多 种 太 阳 能 电 池 结 构 和 器 件 后 处 理 方 法 来 优 化 转 换 效 率 。 设 计 和 合 成 新 的 活 性 层 材 料 并 通 过 器 件 结 构 和 后 处 理 方 法 的 优 化 来 提 高 转 换 效 率 仍 是 有 机 太 阳 能 电 池 的 研 究 重 点 。 迄 今 为 止 ， 无 论 是 小 分 子 光 伏 材 料 还 是 聚 合 物 光 伏 材 料 大 多 是 用 苯 并 二 噻 吩 作 为 给 体 的 单 元 ， 只 有 少 部 分 研 究 者 在 努 力 开 发 其 他 有 应 用 价 值 的 给 体 材 料 。 本 文 首 先 设 计 和合 成 了 一 系 列 基 于 蒽 并 二 噻 吩 衍 生 物 为 给 体 单 元 ， 吡 咯 并 吡 咯 二 酮 衍 生 物 或 苯 并 噁 二 唑 衍 生 物 、 噻 吩 并 吡 咯 二 酮 衍 生 物 为 受 体 单 元 的 聚 合 物 光 伏 材 料 ； 设 计 和 合 成 了 一 种 以 蒽 并 二 噻 吩 衍 生 物 为 中 间 给 体 核 、 苯 并 噻 二 唑 为 受 体 单 元 的 小 分 子 光 伏 材 料 。 并 表征了 上 述 合 成 的 光 伏 材 料 的 化 学 、 物 理 以 及 光 伏 性 能 ， 研 究 了 材 料 结 构 、 器 件 结 构 和 光 伏 性 能 之 间 的 关 系 ， 得 出 了 以 下 结 论 ： （ 1） 通 过 将 蒽 并 二 噻 吩 衍 生 物 引 入 聚 合 物 的 主 链 中 ， 比 苯 并 二 噻 吩 相 比 有 更 低 的 HOMO 能 级 ， 从 而 得 到 更 大 的 开 路 电 压 ； 增 大 了 共 轭 平 面，提高 了迁移 率。 基于 PADTFBO 的 有 机太阳能 电池转 换效 率达到 1.83%，此 效 率 是 目 前 为 止 通 过 传 统 合 成 方 法 制 备 的 D-A 型 聚 合 物 光 伏 材 料 的 最 高 转 换 效 率。（2）通过 将基 于蒽并二 噻吩衍 生物 的 D-A 型聚合 物光伏 材料应用 于两种 不 同 的 器 件 结 构 ， 发 现 反 型 器件 结 构 的 效 率 是 传 统 结 构 的 两 倍 ， 这 种 结 果 表 明 可 以 通 过 器 件 结 构 的 优 化 来 使 材 料 得 到 最 大 转 换 效 率 。 （ 3） 通 过 对 活 性 层 表 面 用 极 性 溶 剂 （ 例 如 甲 醇 、 乙 醇 、 异 丙 醇 ） 处 理 ， 有 机 太 阳 能 的 转 换 效 率 有 了 大 幅 提 高 。 极 性 溶 剂 可 以 调 节 相 分 离 尺 寸 、 清 洗 掉 多 余 的 添 加 剂 ， 有 利 于 电 子 和 空 穴 的 产 生 和 传 输 ， 从 而 提 高 了 短 路 电 流 密 度 ， 提 高 了 转 换 效 率 。 （ 4） 通 过 对 小 分 子 材 料 的 表 征 发 现 ， 异 构 体 的 存 在 使 活 性 层 中 的 分 子 处 于 无 规 则 聚 集 状 态 ， 无 法 形 成 有 效 的 相 分 离 ， 从 而 导 致 了 电 子 和 空 穴 在 传 输 过 程 中 的 大 量 复 合 ， 导 致了比较 低的转 换效 率。关键词： 蒽并二 噻吩 ,有 机太阳 能电池 ,极性 溶剂,光 伏 材料IIISynthesis of Anthradithiophene-based Photovoltaic Materials for Organic Solar CellsAbstractOver the past decade, researchers have synthesized numbers of promising materials, adopted varieties of excellent device structures, and used amounts of post-processing methods to optimize photovoltaic performance of organic solar cells (OSCs). The improvement of the PCE by synthesis of novel materials is still the key aim of research into OSCs. Up to now, benzodithiophene