嵌段共聚物（PLA-P3HT-PLA)的自组装行为及其在太阳能器件应用的研究

【摘要】：当前,为了提高有机太阳能器件的光电性能,主要研究并制备出高规整度、有序纳米尺寸内部结构的材料,作为太阳能器件的给体／受体活性层。通过改善给体材料和受体材料的自身微相结构,来优化内部光生电子的转化流程。其中包括激子产生、分离和载流子迁移效果,从而提高光电转换效率。基于这一理论基础,通过控制嵌段共聚物的自组装相变行为,制备出有序纳米尺寸结构的聚3—己基噻吩电子给体层。以下是本文的研究内容及结论。1.我们将聚3—己基噻吩和聚L—乳酸合成的嵌段共聚物作为结构模板,通过其自组装行为得到有序的纳米尺寸结构,将聚L—乳酸侵蚀掉后,将受体材料富勒烯嵌入到有序的纳米结构给体材料中。试验中,采用格式试剂半活性法,制备出头尾相接的高规整度P3HT。其分子量及其分布随自身加入量不同及与引发剂的配比变化,引发剂与3HT单体的比例对P3HT分子量的影响：当引发剂的比重增大时,聚合物的分子量减少,分散性指数增大。2.嵌段共聚物模板的化学结构是通过两段分子量比例来调控,而相分离行为则是通过选择合适的有机溶剂调配和退火条件来实现。应用红外光谱,X—射线衍射,原子力显微镜和扫描电镜进行结构的分析表征。嵌段共聚物的自组装形貌可以通过调整共聚物的硬段及软段的相对体积分数调整(F),佛罗伊希金斯相互作用参数x,和嵌段共聚物的聚合度N来控制,自组装形貌尺寸范围为10 nm到100nm。例如直线排列且垂直导电的柱状纳米结构的P3HT,其相分离柱状结构可由P3HT分子量来控制结构的尺寸。3.应用紫外光吸收、霍尔儿效应、荧光光谱的手段测试材料的光学性能。对比几种结构发现,直线排列柱状垂直导电结构的P3HT作为电子给体,其激子复合机率最低,并具有良好的紫外吸收效果及载流子迁移率。将C60搭载到不同结构的P3HT给体材料中,制成电池器件进行转化效率的测定。螺旋24面体结构器件的填充因子比其他结构高5%～10%,直线排列柱状垂直导电结构的器件的转化效率最高。 【关键词】：嵌段共聚物 自组装 纳米结构
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O631.11;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 符号说明12-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 前言13-14
• 1.2 嵌段共聚物太阳能器件综述14-20
• 1.2.1 有机聚合物复合材料光电转化原理及损耗机理14-16
• 1.2.2 Rod-Coil嵌段共聚物发展16-19
• 1.2.3 Rod-Coil嵌段共聚物自组装行为应用19-20
• 1.3 本论文研究目的及意义20-23
• 第二章 实验部分23-31
• 2.1 实验原料及实验仪器23-24
• 2.2 嵌段共聚物合成及光伏器件制备24-26
• 2.2.1 P3HT-PLA嵌段共聚物合成24-25
• 2.2.2 光伏器件制备25-26
• 2.3 嵌段共聚物的自组装条件及退火处理26-27
• 2.3.1 嵌段共聚物溶液制备及样品ITO旋涂26-27
• 2.3.2 嵌段共聚物退火处理27
• 2.4 嵌段共聚物结构参数及自组装形貌表征27-31
• 2.4.1 P3HT-PLA结构参数及退火温度的测定27-28
• 2.4.2 P3HT-PLA自组装形貌的表征28-29
• 2.4.3 嵌段共聚物光伏性能性能测定29-30
• 2.4.4 光伏器件转化效率测定30-31
• 第三章 结果与讨论31-60
• 3.1 嵌段共聚物结构参数分析31-37
• 3.1.1 P3HT-PLA分子量与引发剂关系31-34
• 3.1.2 Rod-Coil嵌段比例及几何不对称参数34-37
• 3.2 嵌段共聚物的自组装形貌分析37-49
• 3.2.1 退火条件对自组装结构影响37-39
• 3.2.2 不同结构参数的自组装纳米结构39-49
• 3.3 不同自组装结构嵌段共聚物的光伏性能分析49-57
• 3.3.1 给体/受体材料能级匹配49-51
• 3.3.2 光敏效应测定51-52
• 3.3.3 嵌段共聚物的紫外吸收52-55
• 3.3.4 载流子浓度及迁移率分析55-56
• 3.3.5 光生电子激子复合率分析56-57
• 3.4 不同自组装结构制备的光伏器件转化效率57-58
• 3.5 本章结论58-60
• 第四章 本文结论60-62
• 参考文献62-65
• 研究成果及发表的学术论文65-66
• 致谢66-67
• 作者及导师介绍67-68
• 附件68-69

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