基于梯形聚合物给体和小分子受体的有机太阳能电池器件性能研究

摘要

太阳能具有开发利用成本低、绿色无污染等优点，并且取之不尽用之不竭，具有很大的开发空间。同硅基太阳能电池相比，有机太阳能电池具有重量轻、易于大面积制备、可制成柔性器件等独特的优点，引起了科学家们的广泛的关注。近些年，梯形的结构单元被广泛应用在有机太阳能电池上，其是将芳环和杂多环用碳-碳双键连接成“梯子”形状的稠环结构。这种结构扩大了分子的共轭长度，有利于电子的离域，可以有效降低分子内的重组能，提高电荷传输性能。因此本论文对本课题组合成的三种梯形给、受体材料，进行了太阳能电池器件性能的详细表征，具体研究工作有以下三个方面：
　　一、基于新型引达省并二噻吩的聚合物给体的光伏性能研究
　　本章设计合成了两种新型梯形IDT类聚合物给体材料PIDT-TPD和PDMIDT-TPD，对比两个聚合物，PDMIDT-TPD在主链和芳基侧链之间引入了烯桥相连，有效的增加了主链骨架的平面性，有利于减小分子重组能，提高电荷传输性能，其刚性的结构也有利于提高材料的结晶性，得到形貌较好的活性层。然后分别选用了不同的受体材料PC71BM和ITIC，来考察其器件性能，研究了给受体比例、添加剂、退火和界面层修饰等条件对器件性能的影响，聚合物PDMIDT-TPD得到了较高的光电转换效率，最高效率达到了8.26％。
　　二、基于梯形双吡喃类聚合物给体的光伏性能研究
　　本章合成了一种新型梯形双吡喃类（BDTP）结构单元，对比另外两个结构单元二噻吩并吡喃（DTP）和二苯并吡喃（DBP），其有效增大了材料的共轭长度，拓宽了材料在可见光区的吸收光谱，其平面的结构有利于分子的堆叠，提高电荷的传输性能。通过用BDTP单元和苯并噻二唑（BT）单元共聚合成了四种新型的共轭聚合物PBDTP-BT、PBDTP-DTBT、PBDTP-DTFBT和PBDTP-DTDFBT，研究了噻吩桥和F原子对聚合物性能的影响。当引入F原子后，可以有效的调节材料的能级，提高器件的开路电压，并且其可以在分子内形成 F???H和 F???S的超分子作用，提高器件的光电性能。我们选用PC71BM作为受体材料，用正置结构考察其器件性能，研究了给受体比例、添加剂等条件对器件性能的影响，其中PBDTP-DTFBT和PBDTP-DTDFBT展现了较高的光电转换效率，最高效率达到了7.26%。
　　三、基于梯形小分子受体材料FTIC的光伏性能研究
　　梯形小分子受体材料是当前研究的热点，本章设计合成了三个新型的梯形小分子受体材料FTIC-C8C6、FTIC-C6C6和FTIC-C6C8，使用不同链长的侧链实现了对小分子形貌的调控。我们选择了聚合物PBDB-T作为给体材料，用倒置器件结构考察其光电性能。研究了给受体比例、添加剂等条件对器件性能的影响，当加入0.5%DIO时，FTIC-C6C8的效率超过了10%，当用界面层PFN-Br对ZnO界面进行修饰后，其效率可以进一步提高到11.12%。

目录

声明

1 前 言

1.1 引言

1.2 有机太阳能电池简介

1.3 有机太阳能电池材料

1.4 有机太阳能电池器件

1.5 本论文的选题意义及研究内容

2 基于新型引达省并二噻吩（IDT）聚合物给体的光伏性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 器件的优化

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

3 基于梯形双吡喃类聚合物给体的光伏性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 器件的优化

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

4 基于梯形小分子受体材料FTIC的光伏性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 器件的优化

4.4 结果和讨论

4.5 本章小结

参考文献

5结束语

5.1 主要研究结论及不足

5.2 展望

攻读硕士期间发表的文章

致谢