【摘 要】
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有机太阳能电池(Organic Solar Cells,OSCs)作为有机光伏领域的重要组成部分,是一种由氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)导电玻璃、阳极缓冲层、活性层、阴极界面修饰层、金属
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有机太阳能电池(Organic Solar Cells,OSCs)作为有机光伏领域的重要组成部分,是一种由氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)导电玻璃、阳极缓冲层、活性层、阴极界面修饰层、金属电极等组成的有机光伏器件。近年来,由于OSCs具备可通过溶液法制备、材料来源广泛、加工性能好、制备成本低、可印刷法制备大面积器件等优点,吸引了越来越多的研究人员的关注,其能量转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)不断提升。目前基于全小分子有机太阳能电池(all Small Molecule Organic Solar Cells,SM-OSCs)的PCE(12.08%)落后于聚合物给体-小分子受体OSCs(15.7%),仍然需要进一步的改进与提升。本论文中,我们设计引入含苯并噻二唑的π桥,合成了一系列的宽带隙小分子给体,制备了SM-OSCs,研究其光伏性能。本文主要研究内容如下:1、以烷基噻吩取代的苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩为核心,具有两个烷氧链(2-乙基己基或正辛基)的苯并噻二唑偶联两个噻吩为π桥,罗丹宁乙酸-2-乙基己基酯、罗丹宁乙酸正辛酯、氰基乙酸-2-乙基己基酯、氰基乙酸正辛酯为端基合成了8个小分子OSCs给体材料(D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8);通过紫外-可见光光谱分析其光学性能。通过热重分析法和差示扫描量热法来研究8个小分子给体的热稳定性。利用循环伏安法测试8个小分子给体材料的循环伏安曲线,计算出材料相对应的最高占据分子轨道(Highest Occupied Molecule Orbital,HOMO)和最低未占据分子轨道(Lowest Unoccupied Molecule Orbital,LUMO)。2、通过溶液法以及真空沉积技术制备了基于8个小分子给体材料的SM-OSCs器件。对于不同的给体材料的SM-OSCs器件的光伏性能、半导体性能、薄膜形态进行了表征,测试出了相应的电路密度-电压曲线、外量子效率曲线,从而计算得到相应SM-OSCs器件的光伏性能参数。相关结果表明,引入苯并噻二唑后,小分子给体带隙较宽,其吸收光谱可以和非富勒烯受体IDIC-4F形成很好的光吸收互补。其中,基于小分子给体D8和受体IDIC-4F,质量比为1:1,二硫化碳溶剂退火处理30s条件下,器件效率最为优异,获得6.87%的PCE,同时其开路电压为0.85V,短路电流密度为15.16 mA/cm~2,填充因子为0.54。
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