有机太阳能电池器件的制备及优化

【摘要】：有机太阳能电池以其较低的成本、较轻的重量以及可制备柔性器件等特点，受到了研究者的广泛关注。以聚合物或者有机小分子为给体材料、富勒烯衍生物为受体材料制备的体异质结有机太阳能电池是目前研究的热点。本论文主要选取了几种实验室合成的有代表性的聚合物和有机小分子给体材料，与富勒烯衍生物受体材料通过共混的方式，制备了可溶液加工的电池器件，研究了给体材料结构对器件性能的影响规律，并选取了一种聚合物给体材料，通过几种器件工艺的手段，对其进行了器件性能的优化，主要研究内容和结果如下： （1）研究了喹喔啉卟啉在光伏材料中的应用，比较了主链由咔唑为给体单元，喹喔啉卟啉为受体单元，不同噻吩个数为π桥组成的聚合物的光伏性能，发现随着噻吩个数的增加，聚合物的光伏性能逐渐提高的规律；同时还比较了当选用三联噻吩为π桥，喹喔啉卟啉为受体单元，不同给体单元的聚合物的光伏性能，发现选用不同的给体单元能很好的调节聚合物的HOMO能级的规律，选用咔唑作为给体单元，聚合物的光伏性能比芴或苯并二噻吩为给体单元时更优，可得到2.53%的光电转换效率，这效率也是基于卟啉类聚合物材料在光伏应用中的最高值。 （2）研究了以萘并二噻吩-苯并噁二唑聚合物PzNDTDTBO为给体材料、PC70BM为受体材料共混制备的聚合物太阳能电池的光伏性能，并通过使用添加剂和热退火的方法对器件性能进行优化。实验结果表明，当往共混溶液中添加体积比为1%的1,8-二碘辛烷（DIO）并将器件在150℃下热退火10分钟，器件的光电转换效率能从4.37%提高到5.07%。 （3）研究了一类以苯并二噻吩为核，两端对称性的连接上噻吩乙烯茚酮共轭结构单元的高效线性有机小分子的光伏性能，分析了分子主链π桥噻吩个数以及苯并二噻吩不同侧链对器件性能造成的差异，发现分子主链上连接较长的噻吩π桥，以及苯并二噻吩单元上键接能与分子主链产生共轭作用的侧链可以有效提高材料的光伏性能，相应的有机小分子与PC70BM为受体制备的体异质结有机太阳能电池，其光电转换效率高达到6.75%。 【关键词】：有机太阳能电池 聚合物 有机小分子 体异质结
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-29
• 1.1 太阳能电池发展概况13-15
• 1.2 有机太阳能电池发展历程15-16
• 1.3 有机太阳能电池原理16-18
• 1.4 有机太阳能电池的性能表征18-19
• 1.5 有机太阳能电池材料研究现状19-25
• 1.5.1 有机给体材料19-25
• 1.5.2 富勒烯受体材料25
• 1.6 有机太阳能电池器件优化及器件结构创新25-27
• 1.7 课题的提出和研究内容27-29
• 第二章 器件的制备及表征29-36
• 2.1 引言29
• 2.2 材料的性能表征29-30
• 2.2.1 仪器设备29
• 2.2.2 材料的光物理性能表征29
• 2.2.3 材料的电化学性能表征29-30
• 2.3 器件的制备过程30-33
• 2.4 有机太阳能电池器件性能的测试和表征33-34
• 2.5 载流子迁移率的测试34-35
• 2.6 器件的表面形貌表征35
• 2.7 常用试剂和药品35-36
• 第三章 喹喔啉卟啉类聚合物的光伏性能36-53
• 3.1 引言36
• 3.2 实验部分36
• 3.2.1 材料与试剂36
• 3.2.2 器件制备与表征方法36
• 3.3 结果与讨论36-51
• 3.3.1 π桥的噻吩个数对器件性能的影响36-43
• 3.3.2 主链上给体单元对器件性能的影响43-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第四章 基于聚合物 PzNDTDTBO 的器件优化53-64
• 4.1 引言53
• 4.2 实验部分53-54
• 4.2.1 材料与试剂53
• 4.2.2 器件制备与表征方法53-54
• 4.3 结果与讨论54-62
• 4.3.1 聚合物 PzNDTDTBO 的结构54-55
• 4.3.2 聚合物 PzNDTDTBO 的光吸收性能55-56
• 4.3.3 聚合物 PzNDTDTBO 的电化学性能56
• 4.3.4 聚合物 PzNDTDTBO 的空穴迁移率56-57
• 4.3.5 聚合物 PzNDTDTBO 的光伏性能及器件优化57-62
• 4.3.6 PzNDTDTBO/PC70BM 共混活性层形貌62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 高效的线性有机小分子的光伏性能64-74
• 5.1 引言64
• 5.2 实验部分64-65
• 5.2.1 材料与试剂64
• 5.2.2 器件制备与表征方法64-65
• 5.3 结果与讨论65-71
• 5.3.1 有机小分子的结构式65-66
• 5.3.2 有机小分子的电化学性能66
• 5.3.3 有机小分子的光伏性能66-71
• 5.3.4 共混活性层的形貌71
• 5.4 本章小结71-74
• 第六章 结论74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 硕士期间论文发表成果80-81
• 作者及导师介绍81-82
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书82-83

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