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新型有机光伏小分子的合成及器件性能的研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-19 04:12:09
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新型有机光伏小分子的合成及器件性能的研究【摘要】:溶液可加工的体相异质结太阳能电池因为具有制备工艺简单、来源广泛、重量轻、柔性可折叠等优点而引起人们越来越多的关注,成为近几年光伏产

【摘要】:溶液可加工的体相异质结太阳能电池因为具有制备工艺简单、来源广泛、重量轻、柔性可折叠等优点而引起人们越来越多的关注,成为近几年光伏产业的研究重点,很有希望在将来取代无机硅太阳能电池。本文综述总结溶液可加工的有机小分子体异质结太阳能电池的原理、结构和发展现状。同时设计合成了二个溶液可加工的新型有机小分子受体,我们研究了分子结构与纳米结构的关系;合成了四个小分子给体材料,我们通过改变小分子末端基团,构筑新型给受体共轭小分子等方法成功实现了对给体材料带隙、能级、表面形貌、迁移率以及器件性能的调节。具体可分为三部分: 1.在小分子受体方面,首先合成了两个基于内酰亚胺(NDI)单元,通过噻吩和苯并噻二吩桥连的新型受体小分子Bis-NDI-T-EG和Bis-NDI-BDT-EG。紫外吸收和电化学测试表明两分子在500~800nm处显现出微弱的有吸收,其HOMO和LUMO能级分别为-5.88/-3.80eV,-5.46/-3.78eV。综合两分子的吸收及能级,我们分别选取了聚合物(PBDTTT-C-T和PTB7)和小分子(p-DTS(FBTTh2)2和BDT-DPP)作给体,制备了非富勒烯有机太阳能电池。在一系列的优化后,我们发现当PBDTTT-C-T做给体时,两小分子Bis-NDI-T-EG和Bis-NDI-BDT-EG得到最高效率,分别为1.31%,1.24%。 2.通过Stille偶联方法合成了基于三苯胺(TPA)的小分子给受体TPA(2TPHM)3,将给体材料与PC71BM共混(1:4,w/w)制备的光伏器件,分别在未退火,90℃和100℃热退火下得到器件转化效率分别为:1.33%,1.56%,1.75%,其中在100℃下退火10min后得到的最佳器件光伏性能为:4.99mA/cm2的短路电流,0.87V的开路电压,40%的填充因子和1.75%的光电转化效率。 3.我们选取BDT-DPP-BDT为骨架,在其末端分别引入CNR和HTT单元,进而得到小分子给体材料BDB, CNRBDB, HTTBDB。结果我们发现,在骨架BDB上引入积性,平面性的吸电子基团CNR,增大了分子的空穴迁移率,与PC71BM混合制备电池,填充因子FF也有27%增大到57%,PC71BM的相尺寸由70nm减小到20nm。当在BDB骨架引入平面性较差的给电子基团HTT,活性层给受体相尺寸都减小到20nm,电流由4.22增大到9.66mA/cm2,填充因子FF增高到46%。总之,本工作揭示了基于DPP的末端基团对于调控相尺寸和光电性质的重要性,对推动有机光电材料应用开发具有理论意义和现实价值。 【关键词】:有机太阳能电池 器件性能 三苯胺 末端基团 结构性能关系
【学位授予单位】:曲阜师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM914.4;O621.2
【目录】:
  • 摘要3-4
  • Abstract4-8
  • 第一章 绪论8-22
  • 1.1 引言8-9
  • 1.2 有机太阳能电池的研究进展9-13
  • 1.2.1 有机太阳能电池的基本原理9-10
  • 1.2.2 光伏性能参数10-12
  • 1.2.3 有机光伏器件的类型12-13
  • 1.3 有机小分子给体的研究进程13-21
  • 1.3.1 材料设计原则与策略13-14
  • 1.3.2 小分子给体材料14-19
  • 1.3.3 非富勒烯受体材料研究进展19-21
  • 1.4 本文选题思路21-22
  • 第二章 基于萘酰亚胺的非富勒烯小分子受体太阳能电池22-36
  • 2.1 引言22-23
  • 2.2 实验部分23-26
  • 2.2.1 原材料的来源23-24
  • 2.2.2 测试仪器以及条件24
  • 2.2.3 材料的合成24-25
  • 2.2.4 太阳能电池器件的制备25-26
  • 2.3 结果与讨论26-35
  • 2.3.1 受体小分子的光谱性质26-27
  • 2.3.2 给体材料的电化学性质27-29
  • 2.3.3 分子模拟29
  • 2.3.4 热失重测试29-30
  • 2.3.5 器件的光伏性质30-32
  • 2.3.6 活性层的表面形貌32-33
  • 2.3.7 载流子迁移率的测定33-35
  • 2.4 本章小结35-36
  • 第三章 新型的三苯胺类的给受体小分子36-37
  • 3.1 引言36-37
  • 3.2 实验部分37
  • 3.2.1 原材料的来源37
  • 3.2.2 测试仪器以及条件37
  • 3.2.3 材料的合成37-38
  • 3.2.4 太阳能电池器件的制备38-39
  • 3.3 结果与讨论39
  • 3.3.1 受体小分子的光谱性质39
  • 3.3.2 给体材料的电化学性质39-40
  • 3.3.3 热失重测试40-41
  • 3.3.4 器件的光伏性质41-44
  • 3.4 本章小结43-44
  • 第四章 通过末端基团来调控分子的光伏性质44-58
  • 4.1 引言44-45
  • 4.2 实验部分45-47
  • 4.2.1 试剂来源及处理45
  • 4.2.2 测试仪器以及条件45
  • 4.2.3 材料的合成45-47
  • 4.2.4 太阳能电池器件的制备47
  • 4.3 结果与讨论47-56
  • 4.3.1 给体小分子的光谱性质47-49
  • 4.3.2 给体材料的电化学性质49
  • 4.3.3 分子模拟49-50
  • 4.3.4 热失重测试50-51
  • 4.3.5 器件的光伏性质51-54
  • 4.3.6 活性层的表面形貌54-55
  • 4.3.7 载流子迁移率的测定55-56
  • 4.4 本章小结56-58
  • 结论与展望58-59
  • 结论58
  • 展望58-59
  • 参考文献59-65
  • 硕士期间主要研究成果65-66
  • 致谢66


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