聚合物体异质结太阳能电池：给体材料的设计、合成及性质

【摘要】： 体异质结有机聚合物太阳能电池由于具有材料来源广泛、性质易于调节、重量轻、制备工艺简单、可大面积成膜、柔性等优点而成为人们近年来关注的热点。本论文围绕聚合物体异质结太阳能电池给体材料的设计、合成及相关性质开展研究,主要内容及结论如下: 1.文献综述部分概括了有机聚合物体异质结太阳能电池的重要发展历史阶段、结构组成、性能的影响因素,以及近年来高性能聚合物体异质结太阳能电池材料等方面内容。 2.在聚噻吩的侧链引入三苯胺基团,成功的获得了相对于聚3-己烷噻吩具有更低HOMO能级的一系列聚噻吩衍生物,并通过光伏器件性能表征证明了较低的HOMO能级可以有效提高聚噻吩的开路电压。同时通过调节聚合物主侧链的比例,可以有效增强聚合物的共轭性,从而改善光伏器件的Jsc和PCE。 3.构筑桥连结构的给受体聚合物,通过改变不同给电子能力的桥连基团可以有效调节聚合物的ICT态吸收峰的强度,从而实现对该系列聚合物的紫外可见吸收光谱以及能级的调节,同时聚合物与PC61BM共混活性层也表现出不同程度的堆积效应和表面形貌,最终通过改变聚合物的桥连基团实现了对光物理性质的调节,从而使得聚合物的光伏性能得到明显改善。 4.在给受体共聚物中,通过改变含有不同给电子能力和共平面性的共聚给体基团有效的调节了整个聚合物的ICT态强度以及共平面性,紫外可见吸收光谱结果表明随着聚合物ICT态强度增加其光谱的最大吸收峰逐渐红移,同时聚合物共平面性的提高也有效的增加了其薄膜状态下的???堆积效应,最终通过改变给受体共轭聚合物的共聚给体基团成功的实现了对聚合物的能级、表面形貌等光物理性质的调节,并且光伏性质也得到极大地提高。 5.在以2-吡喃-4-亚基丙二氰为受体的给受体聚合物的主链中引入高共平面性和强给电子能力的不同噻吩单元个数的齐聚噻吩,获得了一系列带隙窄、吸收范围宽的聚合物。通过电化学测试发现随着齐聚噻吩单元个数的增加聚合物的HOMO能级逐渐升高,并且含有不同齐聚噻吩的共聚物与PC61BM的共混膜也表现出了不同程度的堆积效应,最终该系列聚合物均获得了较好的光伏器件性能。 6.在聚合物中引入两种不同的吸电子基团,通过改变两种受体基团的不同比例,可以有效调节聚合物的共轭性、带隙、能级、分子间自组装、迁移率以及光伏性质。 【关键词】：体异质结太阳能电池 共轭聚合物 窄带隙 表面形貌
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 提要4-9
• 第1章 文献综述9-35
• 1.1 引言9
• 1.2 聚合物太阳能电池重要发展历史阶段9-11
• 1.3 聚合物太阳能电池结构11-13
• 1.4 体异质结有机聚合物光伏器件性能的影响因素13-16
• 1.4.1 光吸收14-15
• 1.4.2 载流子迁移率15
• 1.4.3 能级15-16
• 1.5 有机聚合物太阳能电池的材料16-26
• 1.5.1 受体材料16-18
• 1.5.2 给体材料18-26
• 1.6 本论文的设计思想与研究内容26-28
• 参考文献28-35
• 第2章 侧链含有三苯胺基团聚噻吩衍生物的合成、表征及光伏性35-55
• 2.1 引言35
• 2.2 材料的合成35-41
• 2.2.1 试剂和仪器35-37
• 2.2.2 材料的合成37-41
• 2.3 结果与讨论41-52
• 2.3.1 共聚物的合成41-44
• 2.3.2 聚合物的分子量表征及热力学性质44-45
• 2.3.3 光物理及理论计算性质45-48
• 2.3.4 电化学性质48-50
• 2.3.5 光伏性能50-52
• 2.4 本章小结52
• 参考文献52-55
• 第3章 含有不同桥连基团的芴基给受体共轭聚合物的合成、表征及光伏性质55-75
• 3.1 引言55-56
• 3.2 材料的合成56-61
• 3.2.1 试剂和仪器56-57
• 3.2.2 材料的合成57-61
• 3.3 结果与讨论61-72
• 3.3.1 共聚物的合成61-63
• 3.3.2 聚合物的分子量表征及热力学性质63-64
• 3.3.3 光物理及理论计算性质64-67
• 3.3.4 电化学性质67-69
• 3.3.5 光伏性能69-72
• 3.4 本章小结72-73
• 参考文献73-75
• 第4章 含有不同共聚给体基团的给受体共轭聚合物的合成、表征及光伏性质75-93
• 4.1 引言75-76
• 4.2 材料的合成76-79
• 4.2.1 试剂和仪器76-77
• 4.2.2 材料的合成77-79
• 4.3 结果与讨论79-90
• 4.3.1 共聚物的合成79-81
• 4.3.2 聚合物的分子量表征及热力学性质81-82
• 4.3.3 光物理性质82-85
• 4.3.4 电化学性质85-87
• 4.3.5 光伏性能87-90
• 4.4 本章小结90-91
• 参考文献91-93
• 第5章 基于齐聚噻吩的给受体窄带隙共轭聚合物的合成、表征及光伏性质93-110
• 5.1 引言93
• 5.2 材料的合成93-96
• 5.2.1 试剂和仪器93-95
• 5.2.2 材料的合成95-96
• 5.3 结果与讨论96-107
• 5.3.1 共聚物的合成96-98
• 5.3.2 聚合物的分子量表征及热力学性质98-99
• 5.3.3 光物理性质99-101
• 5.3.4 电化学性质及理论计算101-104
• 5.3.5 光伏性能104-107
• 5.4 本章小结107-108
• 参考文献108-110
• 第6章 二噻吩并苯与两种不同受体单元的D-A 型共轭聚合物的合成表征及光伏性质110-133
• 6.1 引言110-111
• 6.2 材料的合成111-116
• 6.2.1 试剂和仪器111-112
• 6.2.2 材料的合成112-116
• 6.3 结果与讨论116-130
• 6.3.1 共聚物的合成116-117
• 6.3.2 聚合物的分子量表征及热力学性质117-119
• 6.3.3 光物理性质119-121
• 6.3.4 电化学及理论计算性质121-124
• 6.3.5 光伏性能124-130
• 6.4 本章小结130-131
• 参考文献131-133
• 第7章 结论133-135
• 作者简历135-136
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果136-139
• 致谢139-140
• 中文摘要140-143
• ABSTRACT143-145

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