石墨烯聚合物光伏材料的合成及新型阴极界面层材料在聚合物光伏器件中的应用研究

【摘要】：近些年来，随着人类社会的不断进步和科学技术的迅猛发展，能源危机与环境污染等严重威胁到人类可持续发展的战略问题已不容忽视的摆在了当今人类的面前。为探求未来发展的出路，人们开始将目光放到新型清洁无污染且可再生利用的能源上来，如风能、潮汐能、太阳能以及各类生物能源等，其中太阳能因其成本低廉，储量丰厚，利用简单等诸多优点得到广泛关注，吸引了国内外的众多研究工作者竞相探索其应用潜力。其中聚合物半导体太阳能电池凭借其制造成本低廉、加工工艺简单、可大面积印刷成型、可柔性卷曲等多方面的优点向传统的硅太阳能电池发起了革命性的挑战。但就目前阶段来看，聚合物半导体太阳能电池还存在着光电转换效率相对偏低和光伏电池稳定性相对较弱两方面的缺陷，严重了限制了其商业化生产应用的脚步。设计合成高效稳定的有机聚合物半导体材料以及探索新的光伏器件加工工艺以有限提高聚合物太阳能电池的能量转换效率是现阶段聚合物半导体太阳能电池领域竞争最为激烈的两个研究方向。 本论文工作包括两方面的内容：1.提出了一种以具有优良载流子传输功能和高效光伏性能的石墨烯类单体——六苯并晕苯为基本构筑单元，设计和合成聚合物光伏材料的设计思想，并初步合成出可供后续聚合生成光伏聚合物的二溴代六苯并晕苯型石墨烯单体的合成路线，为后期进一步合成光伏聚合物奠定了基础 2.使用不同体系的光伏材料，制备了本体异质结光伏器件，并使用一类基于聚芴类的新型的具有三维空间立体结构的有机聚合物阴极界面层材料修饰电池阴极，系统研究了这类材料对光伏器件性能的影响。实验发现，这类有机聚合物阴极界面层材料应用于不同光伏聚合物制备的电池中，均可有效的提高其能量转换效率，其最大提升幅度达到78%，而且器件具有很好的稳定性和可重复加工性，表明其应用于光伏电池具有极大的潜力，为制备高性能的光伏器件提供了一种新的手段。 【关键词】：太阳能电池 有机聚合物半导体 石墨烯 聚合物阴极界面层材料
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-40
• 1.1 引言12-19
• 1.1.1 太阳能的基本介绍12-13
• 1.1.2 太阳能电池的定义与分类13-19
• 1.2 有机聚合物光伏电池的光伏机理19-27
• 1.2.1 有机聚合物的光生伏打效应19-22
• 1.2.2 有机聚合物光伏电池的特性22-27
• 1.3 有机聚合物太阳能电池的器件结构27-31
• 1.4 有机聚合物太阳能电池的材料分析31-39
• 1.4.1 电极材料31-32
• 1.4.2 载流子传输材料(界面层材料)32-35
• 1.4.3 聚合物电子给体材料35-37
• 1.4.4 聚合物电子受体材料37-39
• 1.5 本课题的研究意义和创新点39-40
• 第二章 基于石墨烯单元的有机共轭聚合物光伏材料的合成与表征40-55
• 2.1 引言40-41
• 2.2 实验原料及设备41-42
• 2.3 实验内容42-50
• 2.4 结果讨论与分析50-55
• 第三章 聚芴类新型阴极界面层聚合物材料在光伏器件中的应用研究55-82
• 3.1 引言55-56
• 3.2 实验原料及设备56-57
• 3.3 实验内容57-61
• 3.4 结果讨论与分析61-82
• 第四章 结论82-83
• 参考文献83-86
• 致谢86-87
• 研究成果及发表的学术论文87-88
• 作者和导师简介88-89
• 附录89-90

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