基于萘/苝酰亚胺N型共轭聚合物的分子设计、材料制备和光伏应用

摘要

自从美国科学家Alan.J. Heeger等人发现导电聚合物以来，关于有机聚合物太阳能电池的材料和器件转换效率的研究受到学术和工业界的广泛关注。传统有机太阳能电池（OPV）的活性层材料是由聚合物给体和富勒烯衍生物组成混合膜，最近几年，由于聚合物受体相比富勒烯衍生物受体有很多的优越性能，得到学术领域的极大关注，光电转换效率也不断突破，取得了较好的效果。本文综述了基于萘/苝酰亚胺（NDI/PDI）的N型共聚物的分子合成，主要研究了受体聚合物的性能对器件光伏性能的重要影响。
　　本研究主要内容包括：⑴设计和合成了基于NDI结构的D-A类四个受体聚合物，理论计算和实验结果都说明了分子结构的设计会改变分子能级，溶解性和平面性。通过改变分子平面性，我们可以有效的改变分子间的排列，进而改善体异质结的形貌，从而达到6.01％的光伏转换效率。GIWAXS图表明，良好形貌的形成归功于中等结晶性的给受体匹配是形成良好的相分离和电荷传输及转移。本工作，对我们后期选择受体聚合物起到一定的指导作用。⑵基于PDI结构的受体聚合物，是大家关注并且研究较少的。基于PDI-T的骨架，我们探索受体聚合物的烷基链选择，对器件的光伏性能产生影响。同时噻吩/硒吩（T/Se）作为D单元，接入到骨架中，同样对光伏性能产生较大的影响，目前我们达到了2.2%光电转换效率。我们将进一步调控分子重量和优化器件结构，以及更多的表征来详细的研究混合薄膜中聚合物与聚合物的相分离和形貌。⑶聚合物分子设计及对相分离尺度的调控，设计新型的材料，可以明显的调控聚合物的相分离尺度。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2 太阳能

1.3 有机太阳能电池工作的基本原理

1.4 有机太阳能电池的性能参数

1.5 有机太阳能电池的分类

1.6 全聚合物太阳能电池的研究进展及新型聚合物设计

1.7 本论文的主要内容和研究意义

1.8 参考文献

第二章 基于NDI结构的N型共聚物在光伏器件中的研究

2.1 引言

2.2 实验试剂

2.3 实验过程与分析

2.4 本章小结

2.5 参考文献

第三章 基于PDI结构的N型共聚物在光伏器件中的研究

3.1 引言

3.2 实验仪器和试剂

3.3 材料的合成

3.4 全聚合物太阳能电池的制备

3.5 全聚合物太阳能电池的性能测试

3.6. 材料及器件表征与分析

3.7 本章小结

3.8 参考文献

第四章 新型共轭聚合物及相分离尺寸的调控

4.1 引言

4.2 材料的设计与合成

4.3 实验结果及分析

4.4 分析与总结

4.5 文献引用

第五章 全文总结和展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢