摘要: 本论文设计了一系列基于寡聚噻吩的有机光伏给体材料，详细研究了不同的末端取代基团对寡聚噻吩的光伏特性的影响。分别是以染料官能团为端基的寡聚噻吩小分子光伏给体材料;以茚满二酮为端基的寡聚噻吩小分子光伏给体材料;以氟代烷基氰基乙酸酯为端基... 展开 本论文设计了一系列基于寡聚噻吩的有机光伏给体材料，详细研究了不同的末端取代基团对寡聚噻吩的光伏特性的影响。分别是以染料官能团为端基的寡聚噻吩小分子光伏给体材料;以茚满二酮为端基的寡聚噻吩小分子光伏给体材料;以氟代烷基氰基乙酸酯为端基的寡聚噻吩小分子光伏给体材料。对它们的热力学稳定性、紫外可见吸收、带隙、电化学性质、固态堆积性质、空穴传输性质以及作为有机给体材料制备的光伏器件的光电转换效率进行了系统研究。各部分详细摘要如下: 一、为了提高寡聚噻吩化合物的吸光特性，将两个染料中的常见电负性官能团引入到寡聚噻吩共轭骨架，制得了以双绕丹宁和六元杂环为端基的A-D-A型寡聚噻吩分子D2R(8+2)7T和DTDMP7T。发现分子的电化学带隙和LUMO能级可以通过不同端基的电负性来进行调节。另外，发现端基还对分子的固态堆积产生较大的影响。分子的固态堆积一方面反过来影响分子的固态吸收和薄膜状态下的光学带隙，另一方面还决定了分子薄膜的空穴迁移率。由于较低的空穴迁移率，新合成的两个寡聚噻吩化合物D2R(8+2)7T和DTDMP7T的光电转换效率分别为2.46％和4.05％。该部分说明，在设计有机给体分子时，除了要考虑电化学带隙，还要综合考虑给体分子的平面性、固态堆积情况、形貌、迁移率等各方面因素。 二、针对寡聚噻吩体系的填充因子较小的问题，尝试将较大平面性的拉电子官能团引入到寡聚噻吩体系，希望得到较好的分子堆积情况。进而得到高的填充因子和光电转换效率。通过文献调研，将1，3-茚满二酮体系及其衍生结构，引入到寡聚噻吩体系，得到化合物DIN7T，DDIN7T和DINCN7T。正如所预料，DIN7T有很好的固态分子堆积情况和空穴迁移率。基于DIN7T分子的光伏电池的光电转换效率达到4.93％，填充因子达到了小分子体系的最高值72％。该部分说明通过对末端官能团的有效设计，可以得到希望的分子堆积情况和空穴迁移率，进而得到好的光电转化效率。 三、由于氟原子的独特性，含氟烷基端基可以有效调控P3HT聚合物在有机光伏电池中的形貌，进而得到高效的光电转换效率。为此，将含氟烷基端基引入到寡聚噻吩中，得到了化合物DCAE7T-F1和DCA07T-F7。相对于没有氟烷基取代的对应化合物DCAE7T和DCA07T，氟烷基取代的化合物DCAE7T-F1和DCA07T-F7具有较低的电化学带隙(1.67 eV)。发现随着氟烷基含量的增加，寡聚噻吩的表面能逐渐降低，疏油性逐渐增加。DCA07T-F7由于较强的疏油性和较低的表面能，导致该分子无法通过溶液处理的方法制备光伏器件。DCAE7T-F1化合物能够通过旋转涂膜的方法制备光伏器件。在同一片ITO上的五个光伏器件表现出明显的位置效应，两端的器件明显好于中间的器件。这一现象主要是由于氟烷基取代导致成膜不均一性导致的。 收起