聚合物太阳能电池给体和受体的合成与器件表征

【摘要】：聚合物薄膜太阳能电池具有成本低、重量轻、制作工艺简单(可以在各种基底上使用廉价的技术如旋转涂膜、喷墨打印、丝网打印等成膜制备)、可制备成柔性器件等突出优点,另外聚合物材料种类繁多,可设计性强,可通过材料的设计改性来提高太阳能电池的性能。本论文的工作主要包括用于聚合物太阳能电池的共轭聚合物给体材料和富勒烯受体材料两方面的内容。 聚合物给体方面： 1、设计合成了以萘并[2,3-c]噻吩-4,9-二酮(NTDO)为吸电子基团、以BDT为给电子基团的D-A结构的共轭聚合物材料PBDTNTDO-1和PBDTNTDO-2,它们在300-700nm可见光区具有良好的吸收,具有和PCBM匹配的电子能级,循环伏安法测得两个聚合物的HOMO能级分别为：-5.14eV和-5.19eV。基于PBDTNTDO-2:PC70BM (1:2w/w)光伏电池的开路电压达到了0.92V,最高能量转换效率为1.52%。 2、合成了规整戊基取代的聚噻吩衍生物P3PT。P3PT具有和P3HT类似的吸收光谱和电子能级。制备了基于P3PT:PC60BM(或IC60BA、 IC70BA)器件的光伏电池,其中基于P3PT:IC60BA(1:1w/w)光伏电池的开路电压为0.87V,能量转换效率为3.65%,比基于P3PT:PC60BM(1:1w/w)光伏电池的能量转换效率(1.66%)提高了2.2倍,而基于P3PT:IC70BA(1:1w/w)光伏电池的能量转换效率达到了4.52%。 富勒烯受体方面： 3、设计合成了几种噻吩取代的C60衍生物电子受体,ThCBM-1、 ThCBM-2、ThCBM-3、ThCBM-4和ThCBM-5,通过改变富勒烯衍生物侧链上烷基链的长度来研究富勒烯衍生物电子受体结构的改变对聚合物太阳能电池光伏性能的影响。ThCBM-1～ThCBM-5具有几乎相同的吸收光谱和LUMO能级。基于ThCBM-5的光伏电池的转换效率(2.87%)和基于ThCBM-3的光伏电池的转换效率(2.86%)相近；基于比基于ThCBM-1光伏电池的能量转换效率稍差(1.49%)。 【关键词】：聚合物太阳能电池 光伏材料 共轭聚合物 富勒烯衍生物
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 前言13
• 1.2 太阳能电池的发展阶段13-14
• 1.3 有机聚合物太阳能电池的发展历史及其工作原理14-15
• 1.4 有机聚合物太阳能电池的优点及其发展前景15-17
• 1.5 聚合物太阳能电池的性能参数——Ⅰ-Ⅴ特性曲线17-19
• 1.6 聚合物太阳能电池的影响因素19-20
• 1.7 聚合物太阳能电池光伏材料20-26
• 1.7.1 聚合物太阳能电池给体材料20-23
• 1.7.2 聚合物太阳能电池富勒烯受体光伏材料23-26
• 1.8 论文的设计思想和主要研究内容26-27
• 第二章 基于萘并[2,3-c]噻吩-4,9-二酮单元的D-A结构窄带隙共轭聚合物材料27-39
• 2.1 前言27
• 2.2 实验部分27-32
• 2.2.1 试剂及测量方法27
• 2.2.2 聚合物材料的制备27-32
• 2.3 结果与讨论32-38
• 2.3.1 聚合物的分子量33
• 2.3.2 聚合物的热稳定性分析33-34
• 2.3.3 聚合物的紫外吸收光谱34-35
• 2.3.4 聚合物的电化学性质35-36
• 2.3.5 聚合物的光伏性能36-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 基于聚3-戊基噻吩光伏电池的器件表征39-49
• 3.1 前言39
• 3.2 实验部分39-41
• 3.2.1 试剂及测量方法39
• 3.2.2 聚合物的合成39-41
• 3.3 结果与讨论41-48
• 3.3.1 聚合物分子量41
• 3.3.2 聚合物的热稳定性分析41-42
• 3.3.3 聚合物的紫外吸收光谱42-45
• 3.3.4 聚合物的电化学性质45-46
• 3.3.5 聚合物的光伏性能46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 噻吩取代的C_(60)衍生物侧链上烷基链的长度对光伏性能的影响49-59
• 4.1 前言49-50
• 4.2 实验部分50-54
• 4.2.1 试剂及测量方法50
• 4.2.2 富勒烯衍生物受体材料的合成50-54
• 4.3 结果与讨论54-58
• 4.3.1 富勒烯衍生物受体材料的吸收光谱54-55
• 4.3.2 富勒烯衍生物受体材料的电化学性质55-56
• 4.3.3 富勒烯衍生物受体材料的光伏性能56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-65
• 附录A65-67
• 附录B67-68
• 发表与待发表的文章68-69
• 致谢69-71
• 作者和导师介绍71-72

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