發(fā)布時間：2020-04-27 19:03

【摘要】：在當今能源日益匱乏、環(huán)境日益惡化的大背景下,聚合物太陽能電池作為有機電子學一個重要研究領域,成為當今新能源領域研究的熱點。雖然與鈣鈦礦或傳統(tǒng)硅基太陽能電池相比,聚合物太陽能電池在效率方面存在一定差距,但由于其成本低、重量輕、柔韌、半透明等特性,推動了光伏技術的發(fā)展。在此基礎上,重點研究了聚合物太陽能電池的活性層,一是基于二噻并苯并二噻吩基團合成了兩種聚合物給體材料,二是基于噻吩苯噻吩二螺芴基團合成了兩種小分子受體材料。通過核磁和質譜對其進行了確認和表征,并制備了聚合物太陽能電池,研究了這些合成材料的光伏性能。其主要研究內容如下:1.二噻并苯并二噻吩基團作為苯并二噻吩單元衍生物的一種,具有良好的平面性和更為出色的傳輸電子能力,易于在側基進行修飾的特點。我們將其作為聚合物給電子單元(D),與作為缺電子單元(A)的BDD二錫進行共聚,合成了PDBT-2F,PDBT-2Cl二種聚合物給體材料。通過在聚合物的噻吩烷基側基上引入雙氟和和雙氯原子,研究了這兩種鹵素原子對聚合物物理化學性能的影響,并比較了二者與不同受體材料共混后的光伏性能。最終以PDBT-2F為給體,IDIC為受體的聚合物太陽能電池的光電轉換效率達到了12.01%,而與IT-4F為受體的器件效率則達到了10.15%。這種高的光電轉換效率歸功于氟原子強的電負性,在降低了給體的HOMO能級的同時,F-S/F-H的相互作用力增強了分子間的電荷的提取和轉移,有利于獲得更高的短路電流密度(J_(sc))。而以PDBT-2Cl為給體,IDIC或IT-4F為受體的聚合物太陽能電池的光電轉換效率只有7.58%和6.54%,這是由于氯的原子半徑太大,導致整個分子由于側基的重原子效應使得平面性變差,二面角的扭曲也使得分子的堆積變差,進而影響到器件的效率。2.以噻吩苯噻吩二螺芴為給電子單元(D),以3-乙基繞丹寧和2-(1,1-二氰基亞甲基)繞丹寧(RCN)為第一受體單元(A1),以苯并[c][1,2,5]噻二唑(BT)為第二受體單元(A2),設計并合成了兩個A1-A2-D-A2-A1型的小分子受體DTFBT-1、DTFBT-2,并對二者的光物理、電化學和基于它們制備的器件光伏性能進行了詳細的研究。結果發(fā)現(xiàn)以J71為給體材料,以DTFBT-1、DTFBT-2為受體材料的器件分別獲得了3.35%和4.40%光電轉換效率。而二者都獲得較高的開路電壓,分別為1.15 V和0.96 V。相比較于DTFBT-1,由于端基中氰基饒丹寧有更強的吸電子能力,DTFBT-2獲得了更高的短路電流密度J_(sc)(8.35 mA/cm~2)。
【圖文】：

的結構和性能，以期獲得理想的具有高效率的有機太陽能電池。 有機聚合物太陽能電池的研究進展有機聚合物太陽能電池發(fā)展迅速，主要得益于活性層光伏給體和受體材發(fā)展。當然，器件技術的成熟和新工藝的創(chuàng)新也使得電池器件光電轉換提高。從開始具有代表性的基于聚(3-己基噻吩)(P3HT)[16, 17]給體材料、烯基體系為受體材料，到后來逐步以苯并二噻吩(BDT)為核心構筑給基于非富勒烯基體系為受體的高效太陽能電池，不但從效率上獲得逐步也從器件性能的穩(wěn)定性上獲得了一定的進步[16, 18-23]�？傊�，OPV 隨著斷進步和效率的不斷提高，其未來擁有廣闊的前景。.1 有機聚合物太陽能電池的器件結構與工作原理本體異質結(BHJ)太陽能電池類型分為兩種典型的器件結構，一種是正圖 1.1 左圖所示，另一種為反型器件如圖 1.1 右圖所示。

照射到電池上時，活性層的給體受體吸收光子形成激電子-空穴對，產(chǎn)生的條件是需要吸收光子的能量要產(chǎn)生的激子部分在受體和受體界面之間擴散。在界面用，給體中的激子將電子轉移到受體，受體中的激子載分離。隨后通過負電極和正電極在電極/有機層之以形成光電流。因為本體異質結結構的有機層充滿的激子擴散和激子電荷分離的效率大大提高。但同時網(wǎng)絡結構影響，電荷載流子的遷移率表現(xiàn)不佳，，最終。整個電荷產(chǎn)生及轉移的過程大致可分為以下幾個形成激子；散到給受體界面；界面電荷分離；荷的傳輸；電極上收集。
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4;TQ317

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王棟一,曹維孝,馮新德;含氮給體引發(fā)劑的結構效應[J];科學通報;1989年01期

2 任靜琨;劉偉鵬;李戰(zhàn)峰;孫欽軍;王華;史方;郝玉英;;新型三元聚合物給體材料的合成及在有機太陽能電池中的應用[J];材料導報;2017年17期

3 魯延紅;耿志遠;;雙給體染料影響敏化太陽能電池性能的密度泛函理論研究[J];蘭州文理學院學報(自然科學版);2016年03期

4 趙蔡斌;王占領;周科;葛紅光;張強;靳玲俠;王文亮;尹世偉;;基于苯并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物的有機太陽能電池給體材料光伏性質理論研究[J];化學學報;2016年03期

5 李在房;彭強;和平;王艷玲;侯秋飛;李本林;田文晶;;可溶液加工給體-受體有機小分子太陽能電池材料研究進展[J];有機化學;2012年05期

6 劉勇濤;張洪濤;孫延娜;萬相見;陳永勝;;己基取代噻吩為橋的“受體-給體-受體”型小分子作為非富勒烯太陽電池受體的研究（英文）[J];Science China Materials;2017年01期

7 陳艷;李欣;密保秀;高志強;;基于磷光材料的低給體比例有機太陽能電池[J];中國科學:化學;2014年07期

8 羊彥衡;王文韻;;金屬卟吩的給體性質[J];物理化學學報;1985年06期

9 任駒;鄭建邦;趙建林;;給體-受體型有機太陽電池光敏層的優(yōu)化設計[J];物理學報;2007年05期

10 龐來興;;氫給體—抑制UV自由基聚合氧阻聚[J];涂料技術與文摘;2016年05期

相關會議論文 前10條

1 胡祝兵;王鋼;丁文輝;潘春躍;;染料敏化太陽能電池中D-π-A型三苯胺有機染料給體給電子能力的性能研究[A];第二屆新型太陽能電池學術研討會論文集[C];2015年

2 程沛;代水星;占肖衛(wèi);;分子鎖提高有機太陽能電池效率和穩(wěn)定性[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第二十二分會：有機光伏的機遇和挑戰(zhàn)[C];2016年

3 張志國;賓海軍;高亮;楊延康;李永舫;;非富勒烯有機太陽能電池給體材料[A];第四屆新型太陽能電池學術研討會論文集[C];2017年

4 王逸凡;白會濤;占肖衛(wèi);;不同受體單元對基于三苯胺小分子給體材料的影響[A];中國化學會第29屆學術年會摘要集——第25分會：有機光伏[C];2014年

5 劉亞輝;方濤;李光武;張哲;劉倩;李翠紅;薄志山;;有機小分子給體材料設計及光伏性能研究[A];2015年全國高分子學術論文報告會論文摘要集——主題G 光電功能高分子[C];2015年

6 孫瑩;林保平;;聚合物體異質結太陽能電池中給體材料表面能調控及其光電性能研究[A];中國化學會第28屆學術年會第5分會場摘要集[C];2012年

7 耿延候;曲建飛;屈瑤;謝志元;王佛松;;給體-受體型共軛齊聚物及其太陽能電池[A];2013年全國高分子學術論文報告會論文摘要集——主題G：光電功能高分子[C];2013年

8 李文琴;吳子華;王金敏;;基于吲哚啉的D-A-D-A型不對稱給體材料的合成及光伏性能研究[A];第四屆新型太陽能電池學術研討會論文集[C];2017年

9 汲長艷;李艷芹;殷倫祥;;基于吡咯并吡咯二酮的A'-A-A'型小分子光伏給體的設計合成[A];中國化學會第八屆全國配位化學會議論文集-論文[C];2017年

10 楊家保;武文俊;花建麗;田禾;;基于喹喔啉單元染料敏化劑:給體對電池器件開路電壓的影響[A];第一屆新型太陽能電池暨鈣鈦礦太陽能電池學術研討會論文集[C];2014年

相關重要報紙文章 前2條

1 肖蕓;調整心理過嚴冬[N];中國中醫(yī)藥報;2007年

2 劉曉;糖的功與過[N];中國商報;2001年

相關博士學位論文 前10條

1 王麗輝;苯并噻二唑為中心吸電子單元的光伏給體材料的合成與性能[D];大連理工大學;2018年

2 黃紅艷;基于新型給體單元D-A共聚物：設計合成及光伏性能研究[D];南京郵電大學;2017年

3 李丹;聚合物太陽能電池的新型給體光伏材料和陰極界面材料研究[D];中國科學技術大學;2019年

4 凡群平;高效聚合物給體光伏材料的結構修飾與器件性能研究[D];蘇州大學;2018年

5 陳紅余;ET類正組元導電分子晶體及相關負離子工程[D];山東大學;2006年

6 賴天奇;卟啉類小分子給體材料的設計與合成及光伏性能研究[D];華南理工大學;2017年

7 劉欣;有機小分子給體和受體材料的設計、合成及其光伏性能研究[D];華南理工大學;2016年

8 李淼淼;高效率有機小分子光伏給體材料的設計與器件優(yōu)化研究[D];南開大學;2016年

9 Shamsa Bibi;含硫小分子高效有機太陽能電池給體材料的分子設計[D];東北師范大學;2014年

10 汲長艷;吡咯并吡咯二酮和苯駢三氮唑類小分子光伏給體的設計合成與性質[D];大連理工大學;2017年

相關碩士學位論文 前10條

1 謝凌超;基于二噻并苯并二噻吩基和噻吩苯噻吩二螺芴的有機光電材料的合成及性能研究[D];湘潭大學;2019年

2 吳凱樂;三元共聚物給體材料和梯形共軛蒽類小分子受體的合成及光伏性能[D];湘潭大學;2019年

3 劉座吉;基于苯并三氮唑新型聚合物給體材料的合成及其光伏性能研究[D];湘潭大學;2019年

4 唐軍;環(huán)金屬磷光銥（Ⅲ）配合物和小分子給體材料的合成及其光電性能研究[D];江西師范大學;2019年

5 余珂;鄰炔基酚醚給體的反應機理研究及其在構建甘露糖1,2-cis-糖苷鍵中的應用[D];江西師范大學;2019年

6 張曉敏;基于給體平面化工程的新型咔唑染料的合成與性能研究[D];河北師范大學;2019年

7 劉才俊;基于苯并噻二唑-苯并二噻吩單元聚合物給體材料的合成及光伏性能研究[D];太原理工大學;2019年

8 甘國月;基于低聚噻吩-苯并噻二唑單元的三元聚合物給體材料的合成及光伏性能研究[D];太原理工大學;2019年

9 孔祥朋;幾類熱活化延遲熒光分子材料能差及發(fā)光機理的理論研究[D];山東師范大學;2019年

10 汪倩;基于并噻吩聚合物給體的合成及在有機太陽電池中的應用[D];哈爾濱理工大學;2018年

本文編號：2642552