基于富勒烯和苯并二噻吩的光伏材料的合成及性能研究

【摘要】：本论文综述了有机太阳能电池的研究现状。为了提高有机太阳能电池的稳定性和效率，本论文设计合成了一个含吡啶功能化的富勒烯衍生物，以及系列含苯并二噻吩单元的光伏给体材料，通过X射线衍射或核磁共振氢谱、碳谱和质谱表征了他们的化学结构。利用热失重分析、循环伏安法和紫外-可见吸收光谱等方法研究了这些材料的热稳定性、电化学性能和光学性能。通过本体异质结型有机太阳能器件，研究了他们的光伏性能。本论文的研究内容主要为： 1)设计合成了一个吡啶功能化的吡唑并富勒烯M1，通过X射线单晶衍射，我们进一步确定了M1的结构。以M1作为缓冲层修饰反式太阳能电池的ZnO，使得基于P3HT:PC61BM制作的反式太阳能电池效率从3.65%提高到了4.18%。这个缓冲层能有效增强器件的激子分离和降低接触电阻，从而使光伏器件拥有更高的短路电流和填充因子。 2)设计合成了以苯并二噻吩为给体单元，三联噻吩为共轭π桥，氰基若丹宁为末端受体单元的D(T3-DCRD)-BDT和D(T3-DCRD)-TBDT两个小分子光伏材料。研究表明，这两个材料都具有良好的热稳定性，较宽的吸收光谱和良好的溶解性，如氯仿和氯苯等溶剂。基于D(T3-DCRD)-BDT和D(T3-DCRD)-TBD与PC61BM的光伏器件能量转换效率分别达到1.10%和1.94%，这表明由噻吩取代的苯并二噻吩表现出更好的光伏性能。 3)设计合成了一个新型侧链悬挂三苯胺的苯并二噻吩单元D(TPAT)BDT，并以这个单元通过stille聚合偶联与苯并噻二唑和吡咯并吡咯二酮合成了两个PD(TPAT)BDT-BT和PD(TPAT)BDT-DPP聚合物光伏材料。这两个聚合物都有良好的热稳定性和较宽的吸收光谱，在许多常见溶剂中都有很好的溶解性，比如氯仿和氯苯等溶剂。由于PD(TPAT)BDT-BT相对PD(TPAT)BDT-DPP有更高的聚合度，并且PD(TPAT)BDT-BT具有相对更小的空间位阻，更容易与PCBM进行激子分离。所以基于PD(TPAT)BDT-BT制作的器件有更高的效率：PCE=1.78%(Voc=0.69V, Jsc=5.34mA/cm2, FF=48%)。 【关键词】：有机太阳能电池 自组装单分子层 富勒烯 苯并二噻吩 合成
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O621.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 引言9-10
• 1.2 有机太阳能电池的工作原理10
• 1.3 表征有机太阳能电池性能的参数10-11
• 1.4 有机太阳能电池的器件结构11-13
• 1.4.1 正式本体异质结器件12
• 1.4.2 反式本体异质结器件12-13
• 1.4.3 叠层本体异质结器件13
• 1.5 有机太阳能电池材料13-21
• 1.5.1 以苯并噻二唑及其衍生物为受体单元的给体材料14-15
• 1.5.2 以吡咯并吡咯二酮为受体单元的给体材料15-16
• 1.5.3 以苯并吡嗪为受体单元的给体材料16-17
• 1.5.4 以噻吩并吡咯二酮为受体单元的给体材料17
• 1.5.5 以异靛蓝为受体单元的给体材料17-18
• 1.5.6 以噻吩并噻吩为受体单元的给体材料18-19
• 1.5.7 其他受体基团的给体材料19-20
• 1.5.8 有机小分子给体材料20-21
• 1.6 本论文的设计思想及研究内容21-22
• 1.7 本论文的创新点22-23
• 第2章 吡啶功能化的吡唑并富勒烯的合成及其用于聚合物太阳能电池缓冲层的研究23-32
• 2.1 引言23-24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 原料与试剂24
• 2.2.2 测试仪器和条件24-25
• 2.2.3 合成路线及实验25-26
• 2.2.3.1 合成路线25
• 2.2.3.2 实验步骤25-26
• 2.3 结果与讨论26-31
• 2.3.1 化合物 M1 的合成和结构表征26
• 2.3.2 化合物 M1 单晶的培养及其结构解析26-27
• 2.3.3 化合物 M1 的热稳定性27-28
• 2.3.4 化合物 M1 的光学性能和电化学性能28
• 2.3.5 M1 作为 SAM 对聚合物太阳能电池性能的影响28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 含若丹宁小分子的光伏材料的合成及光伏性能的研究32-45
• 3.1 引言32-33
• 3.2 实验部分33-39
• 3.2.1 原料与试剂33
• 3.2.2 测试仪器和条件33-34
• 3.2.3 合成路线及实验34-39
• 3.2.3.1 合成路线34-36
• 3.2.3.2 实验步骤36-39
• 3.3 结果与讨论39-44
• 3.3.1 小分子的合成及结构表征39
• 3.3.2 D(T_3-DCRD)-BDT 和 D(T_3-DCRD)-TBDT 的热稳定性39-41
• 3.3.3 D(T_3-DCRD)-BDT 和 D(T_3-DCRD)-TBDT 的光学性能41-42
• 3.3.4 D(T_3-DCRD)-BDT 和 D(T_3-DCRD)-TBDT 的电化学性能42-43
• 3.3.5 D(T_3-DCRD)-BDT 和 D(T_3-DCRD)-TBDT 的光伏性能43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 含三苯胺侧链的苯并二噻吩共聚物的合成及其光伏性能的研究45-57
• 4.1 引言45-46
• 4.2 实验部分46-51
• 4.2.1 原料与试剂46
• 4.2.2 测试仪器和条件46-47
• 4.2.3 合成路线及实验47-51
• 4.2.3.1 合成路线47-48
• 4.2.3.2 实验步骤48-51
• 4.3 结果与讨论51-56
• 4.3.1 单体和聚合物的合成及其表征51
• 4.3.2 聚合物的热稳定性51-53
• 4.3.3 聚合物的光学性能53
• 4.3.4 聚合物的电化学性能53-54
• 4.3.5 聚合物的光伏性能54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 参考文献57-63
• 致谢63-64
• 附录 核磁共振和质谱表征图64-78
• 攻读硕士发表的学术论文78

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

非富勒烯电子受体的设计合成及在有机光伏中的应用    林禹泽;李永舫;朱道本;占肖卫;

ZnO微纳结构制备及光学性能研究    梁志强

网印有机太阳能电池    李锋

有机太阳能电池材料的研究进展    段晓菲,王金亮,毛景,裴坚

有机太阳能电池研究进展    任斌;赖树明;陈卫;黄河;

高效有机太阳能电池    钱伯章;

科学家有望开发出低成本性能卓越的有机太阳能电池    周洪英;

最轻薄有机太阳能电池问世    

最薄最轻的有机太阳能电池    钱伯章;

德国企业创立了有机太阳能电池效率世界新高    

有机太阳能电池材料与器件的研究进展    贺素姣;

有机太阳能电池材料近期进展(上)    刘佩华,田禾

可溶性小分子有机太阳能电池    范斌;田清勇;白华;

可挠式有机太阳能电池之发展技术    陳隆建;陳正強;李宜璇;

柔性及叠层薄膜有机太阳能电池研究    马廷丽;

卟啉、酞菁类有机太阳能电池材料的研究进展    刘艳;曾庆华;张宪玺;姜建壮;

基于碳纳米管纤维的有机太阳能电池    陈涛;仰志斌;彭慧胜;

基于取向碳纳米管膜的柔性有机太阳能电池    仰志斌;陈涛;何瑞旋;彭慧胜;

化学改性氧化石墨烯作为有机太阳能电池空穴传输层    张坚;杨栋;周玲玉;陈令成;赵斌;李灿;

有机太阳能电池中的相干电荷和能量转移    赵仪;

苝二酰亚胺聚集结构的调控及其在有机太阳能电池中的应用    詹传郎;姚建年;

有机太阳能电池用的二维窄带隙聚合物研究    唐卫华;海杰峰;朱恩伟;卞临沂;

德支持企业开发有机太阳能电池    记者 顾钢

美评估有机太阳能电池对环境的影响    记者 毛黎

突破有机太阳能电池技术瓶颈    本报驻美国记者 田学科

控制电子自旋可提高有机太阳能电池的效率    刘霞

叠层型有机太阳能电池接近商用    记者 邰举

2007年世界科技发展回顾(七)    本版编辑张浩 郑晓春 邓国庆 毛黎 何屹 顾钢 何永晋

美国研发可拉伸有机太阳能电池    蔡佳

小分子有机太阳能电池增效50%    华凌

青海有机太阳能电池研发获重大进展    记者 马悍德

青海有机太阳能电池研发取得重大进展    记者 贾明

电沉积制备聚噻吩有序微结构及有机太阳能电池    于伟利

基于聚合物的有机太阳能电池的研制与表征    乔芬

有机太阳能电池中的光物理过程研究    陈向东

有机太阳能电池电学模型与数值研究    马朝柱

有机太阳能电池界面过程的研究    陈丽佳

有机太阳能电池的电荷转移态等效电路和多重电荷分离界面研究    黄江

基于咔唑的新型共轭小分子和聚合物的合成及其光伏性质研究    陈木青

用于溶液工艺光电器件的金属氧化物界面层材料研究    白赛

有机光伏二极管的光电子性能研究    张光

基于卟啉的小分子和聚合物的合成及其光伏性能研究    黄玉英

有机太阳能电池中电极修饰的研究    史绍华

基于三元体系混合物有机太阳能电池的研究    范学东

银纳米颗粒表面等离子体增强有机太阳能电池研究    周子游

噻吩衍生物修饰的卟啉化合物的合成及光伏性能    刘益江

利用纳米材料的光学特性提高有机太阳能电池效率的研究    乔琳芳

体异质结有机太阳能电池光电性能的研究    刘峰

阳极修饰对于有机太阳能电池特性影响的研究    张密

聚合物有机太阳能电池器件的研究    苏梦蟾

有机太阳能电池材料及其器件的研究    任斌

有机太阳能电池的数值研究    邢宏伟