小分子共轭电解质的设计及其聚合物太阳能电池

摘要

本体异质结(BHJ)聚合物太阳能电池(PSCs)因为具有质轻价廉、柔韧性好、可卷对卷大面积生产等优点，成为当下研究的热点。目前，单节反向的聚合物太阳能电池的效率已经超过了10％。
　　在太阳能电池器件结构中，界面材料起了至关重要的作用。一个好的界面层不仅能够调节活性层和金属电极之间的能级，提高电荷的选择性和传输能力，减少激子的复合。还能够改善界面接触，影响活性层的形貌，进而影响活性层对光的吸收，以及激子的分离和扩散。当前，许多电子传输层材料被用于反向太阳能电池结构中来提高电池效率。像一些无机的金属氧化物（如Cs2CO3，TiOx,和ZnO），以及有机的共轭聚电解质（如PFN，PFNBr等）。但这些无机的金属氧化物一般都需要高温退火和蒸镀工艺，这不利于商业化的生产。而共轭聚电解质也由于它的难于设计合成，没有具体的结构，重现性差等缺点限制了它的发展。鉴于这些问题，有机小分子由于它纯度高，结构唯一确定，重现性好等优点越来越受重视。
　　本论文通过Stille偶联反应合成了三种基于芴的水/醇溶性共轭有机小分子电解质(SMCE)，分别命名为2,7-二[(2-辛基噻吩)基-9,9-二(6’-N,N,N-三甲基氨)己基]芴(TFTN-Br)、2,5-二[9,9-二(6’-N,N,N-三甲基氨)己基-芴]噻吩(FTFN-Br)、2,2’-二[9,9-二(6’-N,N,N-三甲基氨)己基-芴]联噻吩(FTTFN-Br)。由于它们的侧链都带有离子化的季铵盐，使得它们能够较好的溶解在甲醇、氮氮二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等极性溶剂中。这样，当将他们作为阴极界面层应用在聚合物太阳能电池器件中时，能够有效地避免被上层的有机活性层洗蚀掉。而且，我们惊奇的发现 TFTN-Br、FTTFN-Br和FTFN-Br作为阴极界面层的器件效率都比常见的ZnO作为阴极界面层的效率要高，但是TFTN-Br、FTTFN-Br和FTFN-Br作为阴极界面层的器件效率又有所不同。相比于FTFN-Br而言，FTTFN-Br在共轭主链上多一个噻吩单元，因此具有一个更好的成膜性，器件效率也从 FTFN-Br的3.1%提升到 FTTFN-Br的3.5%；而与FTTFN-Br相比，TFTN-Br虽然共轭主链明显更短，但是在共轭主链末端有两条C8的烷基链，烷基链的存在能够优化活性层的形貌，从而提高器件的性能，器件效率也从FTTFN-Br的3.5%提升到TFTN-Br的3.8%。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 聚合物太阳电池的工作机理

1.3 聚合物太阳能电池的器件结构

1.4 聚合物太阳电池的发展现状

1.5 聚合物太阳电池的活性层

1.6 聚合物太阳能电池界面缓冲层

1.7 本题提出的意义和研究内容

第二章 小分子电解质的设计及其聚合物太阳能电池

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 太阳能电池器件的制备与表征

2.4 结果和讨论

第三章 结论与展望

3.1 结论

3.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果