基于二维结构苯并二噻吩电子供体单元聚合物太阳能电池材料的研究

【摘要】：与传统的硅基太阳能电池相比,聚合物太阳能电池具有成本低、生产过程污染小和可柔性加工的特点。目前由电子供体单元(Donor)与电子受体单元(Acceptor)构成的D-A结构的窄带隙聚合物已经成为了聚合物太阳电池主流材料,而二维结构的苯并二噻吩(BDT-T)单元已经被证明是一种优良的电子供体单元。论文选取BDT-T为电子供体单元,并对并噻唑(TTz)、二噻吩苯并二噻唑(DTBT)和1,4-吡咯并吡咯二酮(DPP)三个电子受体单元进行了改进。改进后的受体单元和供体单元通过Stille聚合反应得到了四个新的聚合物太阳能电池材料,我们对材料的各项性能进行了表征,并进行了器件测试。研究结果如下： DPP单元与BDT-T单元构成的聚合物,能级分布十分接近理想状态,且与TTz单元和BDT-T单元以及DTBT单元和BDT-T单元构成的聚合物相比较,光学带隙更窄、吸收范围更宽。 烷氧基取代的TTz单元会提升聚合物的HOMO能级,进而降低了器件的V_(oc)值。而对于DTBT单元,烷氧取代基则会使聚合物的HOMO(?)(?)级下降。用并噻吩基团取代DPP单元中的噻吩基团,由于增加了聚合物的平面规整性,在不改变聚合物能级分布和长波长区域吸收的同时,可以显著提高短波长区域的吸收强度,改善吸光效果。 论文对TTz单元和BDT-T单元构成的聚合物进行了初步的器件测试,以ITO/PEDOT:PSS/polymer:PC71BM(2:1)/PFN/Al结构的器件取得了1.53%的转化效率。其中,较低的Jsc值主要与聚合物的分子量和器件的制作工艺有关,通过改进聚合条件和优化器件制作工艺,可以进一步提高转化效率。其余聚合物的器件测试正在进行当中。 【关键词】：聚合物太阳能电池 苯并二噻吩电子供体单元 电子受体单元 改进 表征
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O633.5;TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-19
• 1.1 聚合物太阳能电池的发展历程7-8
• 1.2 聚合物太阳电池的结构和工作原理8-10
• 1.2.1 聚合物太阳能电池的结构8
• 1.2.2 聚合物太阳能电池的工作原理8-9
• 1.2.3 聚合物太阳能电池的相关参数9-10
• 1.3 聚合物太阳电池的活性层材料10-17
• 1.3.1 受体材料10-11
• 1.3.2 给体材料11-17
• 1.4 论文研究的目的和主要内容17-19
• 1.4.1 论文的研究目的17
• 1.4.2 论文的研究内容17-19
• 2 基于BDT-T电子供体单元聚合物太阳能电池材料的合成和表征19-49
• 2.1 引言19-20
• 2.2 实验仪器和药品20-22
• 2.2.1 实验仪器20-21
• 2.2.2 实验药品21-22
• 2.3 聚合物太阳能电池材料的合成22-36
• 2.3.1 单体的合成22-34
• 2.3.2 聚合物的合成34-36
• 2.4 结果和讨论36-48
• 2.4.1 合成产物的核磁表征36-39
• 2.4.2 聚合物的分子量大小和分布39-40
• 2.4.3 聚合物的热性能40-41
• 2.4.4 聚合物的光学性能41-43
• 2.4.5 聚合物的电化学性能43-47
• 2.4.6 聚合物的太阳能电池器件测试47-48
• 2.5 本章小结48-49
• 3 结论49-50
• 3.1 论文的主要工作和创新点49
• 3.2 论文所得结果和后续工作49-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-57
• 附录57-68

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