新型富勒烯受体NAAFs系列分子的合成及光伏性能研究

【摘要】：人类社会的快速发展离不开能源的开发,而太阳能电池作为清洁能源是对环境友好的新能源之一,越来越成为科学界最为热门的研究课题。与无机薄膜太阳能电池相比,聚合物太阳能电池具有制备工艺简单、质量轻、成本低、色彩丰富、便于大量生产等优点而成为人们关注的焦点之一。在聚合物太阳能电池中,活性层通常由给体材料和受体材料共混组成,其中富勒烯及其衍生物材料(如：PC6]BM和PC71BM)是最常用的受体材料。富勒烯及其衍生物具有独特的三维空间立体分子结构使其能够与给体材料在空间各个方向充分发生相互作用,同时,其较低的LUMO能级和较小的重组能使其具有高的电子亲和势和电子迁移率,因而被认为是理想的受体材料。目前最常应用于有机光伏器件的受体材料富勒烯衍生物是单加成、双加成、五加成等类型的产物,而新型高效的富勒烯材料仍不多见；同时,这些常用的富勒烯衍生物(如：PC61BM和ICBA)对制备条件要求严格,从而使富勒烯衍生物的价格昂贵。本论文的目的是通过设计简单的合成方法制备一类新型高效的富勒烯受体材料,其具体内容如下： (1)在常温常压条件下将C60分别与不同结构的烷基胺加入DIB和I2发生[2+1]氮杂环加成,仅通过一步反应三十分钟就可合成NAAFs系列分子。经分离提纯后所得产物利用1H NMR、13C NMR、质谱等方法进行结构表征,用循环伏安法测试其电化学性能,用热重分析测试其稳定性。 (2)将NAAFs系列分子制备成结构为ITO/PEDOT:PSS/fullerence:P3HT/Ca/Al的聚合物太阳能器件并测定了其光伏性能。结果表明,将C60与烷基胺发生[2+1]氮杂环加成反应所合成的富勒烯衍生物NAAFs系列分子均具备光伏性能,其中用NNAF和NPEAF制备的器件性能最为优异,其能量转换效率分别是2.39%和2.01%。当受/给体比例为0.5：1时,器件效率均得到了提高。效率最高的电池为基于NPEAF和P3HT制备的电池,其最优的器件性能可以达到2.92%(NPEAF:P3HT=0.5:1,浓度20mg ml-1),此时器件参数分别为：开路电压0.58V、短路电流7.5mA cm-2、填充因子0.57。通过改变不同的退火温度,研究了NPEAF器件退火温度对器件性能影响。活性层在150℃下进行前退火10分钟,可以有效的提高器件的开路电压和填充因子。原子力显微镜测试显示薄膜在150℃下退火有较好的形貌,存在较小的,理想的相分离尺度。 【关键词】：聚合物太阳能电池 受体材料 氮杂环 富勒烯衍生物 光伏性能
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O613.71;TM914.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第一章 引言9-25
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 聚合物太阳能电池的发展过程10-11
• 1.3 聚合物太阳能电池工作原理11-12
• 1.4 聚合物太阳能电池的结构12-14
• 1.5 聚合物太阳能电池的性能参数14-15
• 1.6 聚合物太阳能电池的材料15-22
• 1.6.1 阳极材料15
• 1.6.2 活性层材料15-22
• 1.6.3 阴极材料22
• 1.7 本论文选题目的及意义22-25
• 第二章 NAAFs系列受体分子的合成及其表征25-51
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验部分26-49
• 2.2.1 试剂26
• 2.2.2 仪器26
• 2.2.3 富勒烯受体NNAFs系列分子的合成26-49
• 2.3 结果与讨论49
• 2.4 小结49-51
• 第三章 器件制备及光伏性能表征51-59
• 3.1 实验部分51-52
• 3.1.1 试剂51
• 3.1.2 仪器51
• 3.1.3 器件制备及表征51-52
• 3.2 光伏性能表征52-58
• 3.3 小结58-59
• 总结59-61
• 参考文献61-69
• 致谢69-71
• 攻读硕士学位期间科研成果71

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