新型富勒烯受体光伏材料的合成及光伏性能研究

【摘要】：聚合物太阳能电池(Polymer Solar Cells, PSCs)由于原材料来源广泛、成本低、重量轻、柔性可弯折、易于大面积制备等突出的优点近年来受到广泛的关注。对于常用的体相异质结聚合物太阳能电池而言,光活性层材料一般由共轭聚合物作为给体光伏材料和富勒烯衍生物作为受体光伏材料物理共混而成。富勒烯因其接受电子能力强,电子迁移率高,与共轭聚合物共混产生超快光诱导电荷转移现象等独特性质使其成为优良的电子受体光伏材料。但本论文集中于设计与合成的新型富勒烯受体光伏材料并将其应用于聚合物太阳能电池,开展了以下两个方面的工作： (1)通过简单的酯化反应,首次将染料分子3-乙基绕丹宁连接到[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)上,合成了具有增强的光吸收性能的新型富勒烯受体光伏材料PCBRh。紫外-可见吸收光谱表征表明所合成的PCBRh在300-600nm比起PCBM具有更强的光吸收,这归因于3-乙基绕丹宁高的吸光系数。电化学测试表明PCBRh的LUMO能级比PCBM高0.10eV,这是由于绕丹宁基团的给电子性质造成的。将PCBRh作为受体光伏材料与聚己基噻吩(P3HT)共混构建出体相异质结太阳能电池,在优化的制备工艺(P3HT/PCBRh=1:1(w/w),135℃热处理10min)下,电池器件的能量转换效率为1.46%。AFM表征表明退火处理对光活性层的形貌有着非常显著的影响：未退火时P3HT与PCBRh中存在很多分立的球形聚集,而退火后P3HT则聚集成长度约为20nm的长条,有利于载流子的迁移,使效率比未退火时明显增加。 (2)以提高受体光伏材料LUMO能级为出发点,将富电子基团双(5-甲基噻吩)酮通过重氮化反应直接加成到富勒烯C60上,分别得到单加成衍生物DMTCMA和双加成衍生物DMTCBA。紫外-可见光谱表征,电化学测试结果表明DMTCMA和DMTCBA的LUMO能级比PCBM分别分别提高了0.06eV、0.11eV。将DMTCMA和DMTCBA分别作为受体光伏材料与P3HT共混组装成的体相异质结聚合物太阳能电池器件的开路电压均大大提高,其中基于DMTCBA的器件开路电压达到0.76V,而同等条件下参比P3HT:PCBM电池开路电压为0.61V。基于DMTCMA与DMTCBA受体光伏材料的电池器件效率分别为1.45%和0.82%,均低于基于PCBM的参比电池的效率。AFM分析结果表明,基于DMTCBA受体光伏材料的电池器件性能偏低的主要原因是光活性层薄膜过大的相分离不利于激子的扩散与分离,这可能是由于双加成DMTCBA富勒烯分子不易堆叠结晶,而P3HT优先结晶造成过大的P3HT相聚集造成的。 【关键词】：聚合物太阳能电池 富勒烯 功能化 3-乙基绕丹宁 染料 噻吩 [6 6]- 苯基-C_(61)-丁酸甲酯 酯化反应 重氮化反应 能量转换效率
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4;O611.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-32
• 1.1 引言11-12
• 1.2 聚合物太阳能电池原理与结构12-15
• 1.2.1 聚合物太阳能电池基本工作原理12-14
• 1.2.2 聚合物太阳能电池结构14-15
• 1.3 聚合物太阳能电池的器件性能表征15-16
• 1.4 聚合物太阳能电池材料的设计16-18
• 1.4.1 理想聚合物太阳能电池光伏材料性质16-18
• 1.4.2 聚合物太阳能电池光伏材料设计策略18
• 1.5 聚合物太阳能电池光伏材料18-27
• 1.5.1 给体光伏材料18-20
• 1.5.2 富勒烯受体光伏材料的研究进展20-27
• 1.5.2.1 富勒烯的结构和性质20-21
• 1.5.2.2 PCBM21-23
• 1.5.2.3 PCBM型富勒烯衍生物23-25
• 1.5.2.4 内嵌富勒烯衍生物25
• 1.5.2.5 双加成和多加成富勒烯衍生物25-27
• 1.6 本论文的研究思路和主要内容27-28
• 参考文献28-32
• 第二章 绕丹宁修饰的富勒烯受体光伏材料及其光伏性能32-51
• 2.1 引言32-33
• 2.2 实验部分33-36
• 2.2.1 实验药品33
• 2.2.2 测试仪器33-34
• 2.2.3 聚合物太阳能电池的制备与表征34-35
• 2.2.4 新型富勒烯受体光伏材料PCBRh的合成35-36
• 2.3 结果与讨论36-47
• 2.3.1 PCBRh的合成与表征36-39
• 2.3.2 PCBRh的电子吸收光谱和荧光性能39-40
• 2.3.3 PCBRh的电化学性质40-42
• 2.3.4 PCBRh的光伏性能表征42-47
• 2.4 本章小结47-48
• 参考文献48-51
• 第三章 双(5-甲基噻吩)亚甲基-C_(60)衍生物作为受体光伏材料提高聚合物太阳能电池的开路电压51-69
• 3.1 引言51-52
• 3.2 实验部分52-55
• 3.2.1 实验药品52
• 3.2.2 实验仪器52-53
• 3.2.3 聚合物太阳能电池的制备与表征53-54
• 3.2.4 双(5-甲基噻吩基)亚甲基-C_(60)受体DMTCMA和DMTCBA的合成54-55
• 3.3 结果与讨论55-64
• 3.3.1 合成与表征55-60
• 3.3.2 光学性质表征60-61
• 3.3.3 电化学性质表征61-62
• 3.3.4 DMTCMA和DMTCBA的光伏性能表征62-64
• 3.4 本章小结64-66
• 参考文献66-69
• 第四章 总结与展望69-72
• 4.1 本文总结69-70
• 4.2 工作展望70-71
• 参考文献71-72
• 致谢72-73
• 在读期间发表的学术论文73

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

利用溶剂DMF处理聚合物太阳能电池的PEDOT:PSS阳极缓冲层提高能量转换效率    王海涛;章文峰;陈博学;杨上峰;

有机层/阴极界面修饰对体异质结聚合物太阳能电池性能的影响    张永志;李福山;吴朝兴;蔡寿金;郭太良;

基于聚噻吩衍生物的太阳能电池研究进展    周立弟;胡小丹;王少洪;侯朝霞;王美涵;

基于高效体异质结的聚合物太阳电池研究    于运科;杜艳丽;李德阳;马凤英;弓巧侠;

有机叠层太阳能电池的研究进展    童金辉;熊思醒;周印华;

Photoinduced charge injection in the metal/organic interface studied by transient photovoltage measurements with bias    WU Bo;LI WenBin;YU HaoMiao;YOU YinTao;CHEN XiaoQing;HE Yun;HOU XiaoYuan;

异质结型有机太阳能电池材料的最新研究进展    张超智;李世娟;胡鹏;沈丹;张骁;孙晓飞;

The effect of DIO additive on performance improvement of polymer solar cells    Jian Wang;Chaoqun Jiao;Hui Huang;Fujun Zhang;

N,N-四氯邻苯二甲酰基-13-硝基-7,7-C_(60)-脱异丙基脱氢枞胺的合成    周志;林中祥;

富勒烯衍生物对有机薄膜电池开路电压的提高    郑威;石海英;张晓娜;阳仁强;田均庆;

阳极光电性能对聚合物太阳电池性能的影响    郭颖;刘桂林;朱华新;严慧敏;朱冰洁;李帅;于海民;李果华;

能量转换效率达10%的单结聚合物太阳电池    吴宏滨;何志才;曹镛;

具有高开路电压的二噻吩并噻咯太阳能电池给体材料的制备    刘立杰;郭意静;宋金生;王华;

喷涂法制备聚合物太阳能电池器件研究    陈征

富勒烯和内嵌富勒烯的结构表征和DFT计算    王智敏

一维纳米材料的制备及在新能源中的利用    胡小艳

含烷基三唑基团的新型共轭聚合物给体材料的设计和合成及其在太阳电池中的应用    董杨

聚合物光伏器件形貌特性、性能及稳定性研究    陆运章

利用表面活性剂辅助的溶液路线在金属基片上生长异质结构纳米材料及性能研究    卓玉江

基于新型咔唑结构共聚物的设计合成及其光伏性能研究    查代君

杂环修饰有机半导体的光电性质理论研究    杨双阳

苯并稠杂环类聚合物太阳能电池材料的性能研究    刘波

基于新型受体单元的D-A共聚物的合成和光伏性能    王坤

rr-P3HT/CdS/CNT三元异质结构制备及光电性能的研究    李现化

本体异质结有机太阳能电池的数值模拟    刘伟

多元硫族化合物的湿化学制备及光电性能研究    翟学珍

有机光电功能材料的理论研究及设计    张燕

新型富勒烯衍生物的合成以及在聚合物太阳能电池中的应用    杨涛

有机光伏器件的界面电子结构及其电子复合与产生过程的研究    李剑

有机小分子太阳能电池界面修饰的研究    黄俊华

PCPDTBT：ICBA聚合物太阳能电池特性研究    魏栋

基于液晶的半透明聚合物太阳能电池性能研究    杨启满

石墨烯—卟啉基光电化学电池及难溶性聚噻吩薄膜的制备    孙金华

2012年光伏材料市场年均增速高达43.6%    李峰;

美国科学家研制出体光伏材料    

光伏材料需求将长期两位数增长    

光伏材料与柔性基布粘结性能的初步探究    艾晨;武志云;

美国德雷克赛尔大学研制出体光伏材料    新型;

美科学家研制出体光伏材料    

有机噻吩类衍生物作为光伏材料的研究进展    陈卫星;张苏艳;邹敏;米巧艳;

美科学家研制出体光伏材料    

铜铟硒光伏材料的制备技术    武素梅;薛钰芝;周丽梅;

中科院化学所有机小分子光伏材料研究获进展    

以三苯胺为核、苯并噻二唑-7-(4-己基噻吩)为臂溶液可加工星型有机分子光伏材料的制备    张婧;杨溢;何畅;何有军;赵光金;李永舫;

聚合物光伏材料的设计合成与器件优化    田文晶;

第2章 光伏材料和器件    马晓光;何悦;窦亚楠;吴莹莹;陈力;赵亮亮;文世珍;李永志;徐楼;孔伟;肖娇;孔祥翔;

溅射沉积光伏材料-掺氮碳薄膜    丁正明;周之斌;崔容强;胡宏勋;孙铁囤;贺振宏;

聚合物太阳电池光伏材料和器件    李永舫;

超分子聚合物太阳电池光伏材料和器件    李永舫;

侧链含苯并噻二唑受体的芴-咔唑类窄带隙聚合物光伏材料的合成及其光伏性能研究    聂凯旋;王亚飞;何宇;邓先平;周欣;陈建华;陶强;刘煜;朱卫国;

基于三芳胺-喹噁啉的星状D4-A型有机小分子光伏材料的合成及其性能研究    阳品高;何宇;周欣;刘煜;蒋海港;谭华;朱卫国;

多节棍型聚合物光伏材料    李红娇;王金土;李维实;

基于IDT小分子光伏材料的合成与应用    白会涛;王逸凡;程沛;李永舫;朱道本;占肖卫;

河南亿盛年产5万吨光伏材料项目开工    记者 谢运和

光伏材料需求将长期两位数增长    王昕

首府力争建成全国最大的光伏材料产业基地    记者 宋向华

各国赛跑光伏材料市场    本报记者 徐岩

光伏材料公司力求变中智胜    王昕

晶龙光伏材料实验室获国家授牌    通讯员 段同刚　王丽英 记者 蔡计锁

2012年 光伏材料市场规模将达32亿美元    本报记者 李晓辉

总投资42亿元的碳化硅及光伏材料项目落户霍市    记者 伍华余

争做中国一流光伏材料服务商    本报记者 许长江　通讯员 李继洲

光伏材料加工与应用技术专业落户新余高专    记者 傅春保 通讯员 刘剑

可溶性含钌配合物和空穴传输基团聚酰亚胺光伏材料的合成与表征    王艳荣

多晶硅及碲化镉薄膜光伏材料关键制备技术的研究    罗翀

新型富勒烯受体光伏材料的合成及光伏性能研究    谢丽欣

基于吡咯并吡咯二酮的小分子光伏材料的设计合成    冯海芬

窄带隙聚合物光伏材料的合成及其表征    刘波

两种含钌聚合物光伏材料的合成与表征    晋玉霞

“技”与“艺”的统一    刘飞

基于均三嗪与DPP结构小分子光伏材料的合成与表征    徐超

D-A-D型有机小分子光伏材料的合成与性质    曾少航

具有D-A结构的有机聚合物光伏材料的合成及在光伏领域中的应用    李娜

石墨烯聚合物光伏材料的合成及新型阴极界面层材料在聚合物光伏器件中的应用研究    陈宇

基于吡啶并噻二唑的聚合物光伏材料的合成及性能研究    康怀银