有机小分子太阳能电池与研究进展课件.ppt
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1、有机小分子太阳能电池,报告人:,参考文献,1.,李在房,彭强,和平,王艳玲,侯秋飞,李本林,田文晶,.,可溶液加工给体,-,受体有机小分子,太阳能电池材料研究进展,J.,有机化学,2012,(05):834-851.,2.,吴启超,袁小亲,陆振欢,刘勇平,杨建文,海杰峰,张灵志,.,太阳能电池有机电子传输材,料研究新进展,J.,材料导报,2016,(11):44-49+67.,3.,任静,孙明亮,.,苯并二噻吩基小分子高效有机太阳能电池研究进展,J.,有机化,学,2016,(10):2284-2300.,4.,张超智,顾曙铎,袁阳,徐洪飞,沈丹,李世娟,蒋威,.,石墨烯在有机,/,聚合物太阳能
2、电池中,的应用进展,J.,高分子通报,2016,(06):31-37.,5.Baran D,Ashraf R S,Hanifi D,et al.Reducing the efficiency-stability-cost,gap of organic photovoltaics with highly efficient and stable small molecule,acceptor ternary solar cellsJ.Nature Materials,2016.,6.Zhang Q,Kan B,Liu F,et al.Small-molecule solar cells with
3、 efficiency over,9%J.Nature Photonics,2015,9(1):35-41.,7.Solution-processed organic tandem solar cells with power conversion,efficiencies 12%,Miaomiao Li?,Ke Gao?,Xiangjian Wan*,Xiaobin Peng*,Yong Cao and Yongsheng Chen*,Nature Photon.,2017,11,85,90,目录,一,、有机小分子太阳能电池,二,、主要研究内容,三,、苯并二噻吩基小分子有机太,阳能电池研究进
4、展,四,、讨论,有机小分子太阳能电池,有机小分子太阳能电池:,有机太阳能电池,就是由有机材料构成核,心部分,基于有机半导体的光生伏特效应,通过有机材料吸收光子,从而实现光电转换的太阳能电池。,有机物半导体材料按分子量分,为高聚物和小分子,有机半导体材料为小分子时,称为有机小分子,太阳能电池,太阳能,电池,无机体系,无机有机,掺杂体系,有机体系,化合物,半导体,电池,染料敏,化太阳,能电池,其他,小分子,有机物,高分子,硅太阳,能电池,小分子有机太阳能电池,有机材料特点:,1,)化学可变性大,可通过多种途,径来改变分子结构,从而调整材料,的光电性质和提高载流子的传输能,力;,2,)加工容易,可大
5、面积成膜;,3,)原料来源广泛,价格便宜,成,本低廉;,4,)可制备成柔性薄膜,易加工成,各种形状以适应不同环境的使用,因此,有机材料被广泛地应用在太,阳能电池领域。有机太阳能电池材,料也就成为了近十几年来的研究热,点。,同聚合物相比较,有机小分子:,1,)具有明确的分子结构,2,)固定的分子量,3,)较高的纯度,4,)较好的重复性,这些特点使其在有机太阳能电池中,更加受到人们的青睐。,小分子有机材料可以作为有机电子,传输材料,也可以作为,给体,-,受体,(D-A),材料。,给体,-,受体,(D-A),型有机小分子材料,表现出,较宽的吸收光谱、较好的空,气稳定性、易于调节的能级水平和,光电性质
6、,已经成为有机太阳能电,池研究的新的增长点,.,有机小分子太阳能电池,几种研究较多的小分子:,(,1,)苯并二噻吩基有机小分子,(,2,),2,1,3-,苯并噻二唑类给,-,受体有机小分子,(,3,)氰基类给体,-,受体有机小分子,(,4,)基于吡咯并吡咯二酮构建的给体,-,受体有机小分子,(,5,)基于份菁、硼络合二吡咯和方酸构建的给体,-,受体有机小分子,(,6,)基于其它吸电子基团构建的给体,-,受体有机小分子,与聚合物有机光电器件,(POPV),相比,小分子有,机光电器件,(SM-OPV),有许多重要优势,:,(1),分子结构统一,差异性更少,;,(2),一般具有更高的开路电压,(Vo
7、c);,(3),空穴迁移率一般高于相应的聚合物材料,;,(4),可以通过控制分子的化学结构调整能,主要研究内容,主要问题:,1,)如何在尽量不降低开路电压,V,oc,和填充因子,FF,的前提下,尽可能,提高短路电流密度,J,sc,;,2,)小分子化学结构与器件物理性能间的相关性如何;,3,)光伏器件活性层形貌控制与优化问题;,4,)器件稳定性问题;,5,)受体材料较贵,是否可以尝试使用相对经济高效的非富勒烯受,体。,目前,BDT,基,PSC,聚合物分子设计主要集中在,BDT,的侧链修,饰与受体单元的选择优化。,苯并二噻吩基小分子有机太阳能电池研究进展,聚合物太阳能电池(,PSC,),聚合物中的
8、给体单元种类繁多,主要包,括:,1.,噻吩,2.,二噻吩并,2,3-b:4,5-d,噻咯,(DTS),3.,苯并,1,2-b:4,5-b,二噻吩基,(BDT),4.,咔唑,5.,芴等。,与其他给体构筑单元相比,BDT,单元具,有大的刚性平面共轭结构,提高了,电子的离域能力和分子间的,-,相互作用,且,BDT,单元容,易进行化学修饰,方便合成,且,BDT,光伏材料光电效率很高,成为目,前有机太阳能电池给体材料研究中的一个“明星分子”单元,在有,机太阳能电池方面表现出巨大潜力。,鉴于,BDT,单元在聚合物太阳能电池上取得巨大进步,人们开始尝试,把它,作为分子核心来构建可溶液加工的有机小分子,并探讨
9、它们在,有机太阳能电池上的应用。,苯并二噻吩基小分子有机太阳能电池研究进展,目前,以,BDT,单元为中心,构筑单元的小分子,其分,子模型主要包括如下两类,:,其中,R1,可以是烷氧、烷硫链,也可以是共轭的含噻吩、苯酚、硒,酚等的,侧链,;R2,是,封端集团,如氰基乙酸辛酯、罗丹宁等,;,Acceptor,是受体单元,如吡咯并吡咯二酮,(DPP),、二噻吩苯并噻,二唑,(DTBT),、噻吩并吡咯二酮,(TPD),等。,苯并二噻吩基小分子有机太阳能电池研究进展,1 BDT,n-Thiophene,Terminal Group,1.1,一维侧链修饰的,BDT,n-Thiophene,Terminal
10、 Group,一维侧链即烷氧、烷硫等不含共轭基团的侧链,.,以下通过特定的,分子对比,简要讨论不同修饰单元对,OSC,性能的影响。,1.2,二维侧链修饰的“,BDT,n-Thiophene,terminal group,苯并二噻吩基小分子有机太阳能电池研究进展,1.1.1 BDT,核的修饰作用,BDT,结构单元由于,其较大的刚性共轭平面结构,能大大提高电子离域及固相,间的,-,连接,有效提高器件电荷传输。,将中心的噻吩单元替换为富电子的,BDT,单元,吸电子能力较强的氰基乙酸辛,酯作为封端基团,合成了小分子,DCAO3T(BDT)3T,。与,DCAO7T,相比,可溶,液加工小分子,DCAO3T
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