聚合物太阳能电池给体和受体的合成与器件表征

论文摘要

聚合物薄膜太阳能电池具有成本低、重量轻、制作工艺简单（可以在各种基底上使用廉价的技术如旋转涂膜、喷墨打印、丝网打印等成膜制备）、可制备成柔性器件等突出优点,另外聚合物材料种类繁多,可设计性强,可通过材料的设计改性来提高太阳能电池的性能。本论文的工作主要包括用于聚合物太阳能电池的共轭聚合物给体材料和富勒烯受体材料两方面的内容。聚合物给体方面：1、设计合成了以萘并[2,3-c]噻吩-4,9-二酮（NTDO）为吸电子基团、以BDT为给电子基团的D-A结构的共轭聚合物材料PBDTNTDO-1和PBDTNTDO-2,它们在300-700nm可见光区具有良好的吸收,具有和PCBM匹配的电子能级,循环伏安法测得两个聚合物的HOMO能级分别为：-5.14eV和-5.19eV。基于PBDTNTDO-2:PC70BM （1:2w/w）光伏电池的开路电压达到了0.92V,最高能量转换效率为1.52%。2、合成了规整戊基取代的聚噻吩衍生物P3PT。P3PT具有和P3HT类似的吸收光谱和电子能级。制备了基于P3PT:PC60BM（或IC60BA、 IC70BA）器件的光伏电池,其中基于P3PT:IC60BA（1:1w/w）光伏电池的开路电压为0.87V,能量转换效率为3.65%,比基于P3PT:PC60BM（1:1w/w）光伏电池的能量转换效率（1.66%）提高了2.2倍,而基于P3PT:IC70BA（1:1w/w）光伏电池的能量转换效率达到了4.52%。富勒烯受体方面：3、设计合成了几种噻吩取代的C60衍生物电子受体,ThCBM-1、 ThCBM-2、ThCBM-3、ThCBM-4和ThCBM-5,通过改变富勒烯衍生物侧链上烷基链的长度来研究富勒烯衍生物电子受体结构的改变对聚合物太阳能电池光伏性能的影响。ThCBM-1～ThCBM-5具有几乎相同的吸收光谱和LUMO能级。基于ThCBM-5的光伏电池的转换效率（2.87%）和基于ThCBM-3的光伏电池的转换效率（2.86%）相近；基于比基于ThCBM-1光伏电池的能量转换效率稍差（1.49%）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 太阳能电池的发展阶段
• 1.3 有机聚合物太阳能电池的发展历史及其工作原理
• 1.4 有机聚合物太阳能电池的优点及其发展前景
• 1.5 聚合物太阳能电池的性能参数——Ⅰ-Ⅴ特性曲线
• 1.6 聚合物太阳能电池的影响因素
• 1.7 聚合物太阳能电池光伏材料
• 1.7.1 聚合物太阳能电池给体材料
• 1.7.2 聚合物太阳能电池富勒烯受体光伏材料
• 1.8 论文的设计思想和主要研究内容
• 第二章 基于萘并[2,3-c]噻吩-4,9-二酮单元的D-A结构窄带隙共轭聚合物材料
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂及测量方法
• 2.2.2 聚合物材料的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 聚合物的分子量
• 2.3.2 聚合物的热稳定性分析
• 2.3.3 聚合物的紫外吸收光谱
• 2.3.4 聚合物的电化学性质
• 2.3.5 聚合物的光伏性能
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于聚3-戊基噻吩光伏电池的器件表征
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂及测量方法
• 3.2.2 聚合物的合成
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 聚合物分子量
• 3.3.2 聚合物的热稳定性分析
• 3.3.3 聚合物的紫外吸收光谱
• 3.3.4 聚合物的电化学性质
• 3.3.5 聚合物的光伏性能
• 3.4 本章小结
• 60衍生物侧链上烷基链的长度对光伏性能的影响'>第四章 噻吩取代的C₆₀衍生物侧链上烷基链的长度对光伏性能的影响
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂及测量方法
• 4.2.2 富勒烯衍生物受体材料的合成
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 富勒烯衍生物受体材料的吸收光谱
• 4.3.2 富勒烯衍生物受体材料的电化学性质
• 4.3.3 富勒烯衍生物受体材料的光伏性能
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 发表与待发表的文章
• 致谢
• 作者和导师介绍