【摘要】：優(yōu)化活性層形貌是提高聚合物太陽能電池器件效率的重要手段。而添加第三組分則是一種有效的方法,不僅能誘導(dǎo)聚合物結(jié)晶并提高其結(jié)晶度,同時可優(yōu)化給體與受體的相分離尺度。本文將兩種分子構(gòu)型不同的聚苯乙烯和兩種分子結(jié)構(gòu)不同的液晶小分子作為添加劑,研究它們對聚(3-己基噻吩)/富勒烯(P3HT/PCBM)共混物薄膜的結(jié)晶與相分離行為以及P3HT結(jié)晶的影響。首先,將無規(guī)聚苯乙烯(aPS)和間規(guī)聚苯乙烯(sPS)與P3HT和PCBM以不同的比例共混,對該三元共混體系的相容性、薄膜形貌以及器件效率進(jìn)行表征和分析,研究不同分子構(gòu)型對P3HT/PCBM薄膜形貌及其太陽能電池器件效率的影響。結(jié)果表明:aPS或sPS與P3HT均不相容,當(dāng)aPS含量低于50 wt%時,P3HT結(jié)晶度提高,分子鏈間距由1.63 nm增大至1.76 nm,且P3HT的結(jié)晶尺寸隨著aPS含量增加而減小。在aPS/P3HT/PCBM三元共混物薄膜中,隨aPS含量增加,薄膜的形貌由柱狀結(jié)構(gòu)變?yōu)閷訝罱Y(jié)構(gòu),而PCBM則傾向于富集在aPS和P3HT的相界面。當(dāng)sPS含量為3 wt%時,sPS能誘導(dǎo)P3HT結(jié)晶,進(jìn)一步增加其含量,P3HT的結(jié)晶受抑制。當(dāng)aPS含量為50 wt%時,aPS/P3HT/PCBM體系仍具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率(1.2%),而當(dāng)sPS含量為3 wt%時,sPS/P3HT/PCBM體系的效率迅速衰減至0.6%。因此,聚苯乙烯的分子構(gòu)型對P3HT/PCBM薄膜的形貌及其太陽能電池性能有較大影響。其次,將兩種分子結(jié)構(gòu)不同的4-氰基-4''-戊基三聯(lián)苯(5CT)和2,2''-二辛基三聯(lián)噻吩(8-TTP-8)液晶(LCs)與P3HT共混,將LCs/P3HT共混物的溶液旋涂于石英片上,在溶劑緩慢揮發(fā)的過程中,施加強(qiáng)度為1 T的磁場。在磁場作用下,液晶小分子優(yōu)先自組裝排列,然后作為模板誘導(dǎo)P3HT結(jié)晶形成納米線。結(jié)果表明:經(jīng)磁場處理后,兩種液晶小分子均能形成有序結(jié)構(gòu),并進(jìn)一步誘導(dǎo)P3HT結(jié)晶,增強(qiáng)P3HT分子鏈間的π-π堆疊,使P3HT形成更多的納米線。納米線的形成提高了P3HT薄膜的載流子遷移率。經(jīng)磁場處理后,8-TTP-8/P3HT樣品的載流子遷移率從純P3HT薄膜的1.092×10-4 cm2/Vs提高至3.346×10-4 cm2/Vs,而5CT/P3HT樣品的載流子遷移率則提高至3.114×10-4 cm2/Vs。與純P3HT樣品相比,共混物樣品的載流子遷移率均提高了約3倍,說明在磁場作用下,液晶可誘導(dǎo)P3HT形成納米線,并進(jìn)一步提高薄膜的載流子遷移率。
[Abstract]:Optimizing the active layer morphology is an important means to improve the efficiency of polymer solar cell devices. The addition of the third component is an effective method, which can not only induce the crystallization and increase the crystallinity of polymer, but also optimize the separation scale between donor and recipient. In this paper, two kinds of polystyrene with different molecular configurations and two liquid crystal small molecules with different molecular structures were used as additives to study their effects on the crystallization and phase separation behavior and P3HT crystallization of poly (3-hexylthiophene) / fullerene (P3HT/PCBM) blend films. Firstly, random polystyrene (aPS) and syndiotactic polystyrene (sPS) were blended with P3HT and PCBM in different proportions. The compatibility, film morphology and device efficiency of the ternary blend were characterized and analyzed. The effects of different molecular configurations on the morphology of P3HT/PCBM thin films and the efficiency of solar cells were investigated. The results show that aPS or sPS are incompatible with P3HT. When the content of aPS is less than 50 wt%, the crystallinity of P3HT increases, the molecular chain spacing increases from 1.63 nm to 1.76 nm, and the crystalline size of P3HT decreases with the increase of aPS content. In aPS/P3HT/PCBM ternary blend films, with the increase of aPS content, the morphology of the films changed from columnar structure to layered structure, while PCBM tended to be enriched at the phase interface between aPS and P3HT. When the content of sPS is 3 wt%, sPS can induce the crystallization of P3HT and further increase its content. The crystallization of P3HT is inhibited. When the content of aPS is 50 wt%, the aPS/P3HT/PCBM system still has a higher photoelectric conversion efficiency (1.2%), while when the sPS content is 3 wt%, the efficiency of sPS/P3HT/PCBM system decreases rapidly to 0.6%. Therefore, the molecular configuration of polystyrene has great influence on the morphology of P3HT/PCBM films and the performance of solar cells. Secondly, the liquid crystalline (LCs) (LCP) and dioctyltrithiophene (8-TTP-8) liquid crystalline (LCs) of two different molecular structures of 4-cyano-4keto-pentyltriphenyl (5CT) and dioctyltrithiophene (8-TTP-8) were blended with P3HT, and the solution of LCs/P3HT blend was rotated on quartz wafer, and the solvent was slowly volatilized in the process of solvent volatilization. Apply a magnetic field with an intensity of 1 T. Under the action of magnetic field, liquid crystal molecules preferentially self-assemble and then act as templates to induce P3HT to crystallize to form nanowires. The results show that the two kinds of liquid crystal small molecules can form ordered structure after the treatment of magnetic field, and further induce the crystallization of P3HT, enhance the 蟺-蟺 stacking between the chains of P3HT molecules, and make P3HT form more nanowires. The formation of nanowires increases the carrier mobility of P3HT films. The carrier mobility of 8-TTP-8/P3HT films increased from 1.092 脳 10 ~ (-4) cm2/Vs to 3.346 脳 10 ~ (-4) cm2/Vs, of pure P3HT films, while that of 5CT/P3HT samples increased to 3.114 脳 10 ~ (-4) cm2/Vs. after magnetic field treatment. Compared with the pure P3HT samples, the carrier mobility of the blends was increased by about three times, indicating that the liquid crystal could induce P3HT to form nanowires under the action of magnetic field, and further improve the carrier mobility of the films.
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2;TM914.4

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 葉妮雅;張梁;宮希杰;李曉芳;李海英;雷良才;;嵌段共聚物在有機(jī)太陽能電池中的應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報(bào);2014年03期

2 白昱;郭曉陽;劉星元;;利用蛾眼結(jié)構(gòu)提高有機(jī)太陽能電池光吸收效率的理論研究[J];發(fā)光學(xué)報(bào);2015年05期

3 楊少鵬;張燁;江濤;孫學(xué)峰;魯超群;李光;李曉葦;傅廣生;;混合溶劑對PCDTBT:PC_(71)BM聚合物太陽能電池性能的影響[J];科學(xué)通報(bào);2013年34期

4 Shaopeng Yang;Ye Zhang;Tao Jiang;Xuefeng Sun;Chaoqun Lu;Guang Li;Xiaowei Li;Guangsheng Fu;;Enhancing the power conversion efficiency of PCDTBT:PC_(71)BM polymer solar cells using a mixture of solvents[J];Chinese Science Bulletin;2014年03期

5 Wei Gong;Zheng Xu;Suling Zhao;Xiaodong Liu;Xing Fan;Qianqian Yang;Chao Kong;;Investigation of the effects of MoO_3 buffer layer on charge carrier injection and extraction by capacitance voltage measurement[J];Chinese Science Bulletin;2014年08期

6 Hedi Wei;Heng Lu;Tao Fang;Zhishan Bo;;Evaluating the photovoltaic properties of two conjugated polymers synthesized by Suzuki polycondensation and direct C H activation[J];Science China Chemistry;2015年02期

7 Ping Fu;Dong Yang;Fujun Zhang;Wei Yu;Jian Zhang;Can Li;;Efficiency enhancement of P3HT:PCBM polymer solar cells using oligomers DH4T as the third component[J];Science China(Chemistry);2015年07期

8 孫俊梅;羅天月;萬麗;張秋萍;王世敏;;有機(jī)聚合物太陽能電池研究新進(jìn)展[J];膠體與聚合物;2015年03期

9 邱勇;;有機(jī)光電材料研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢[J];前沿科學(xué);2010年03期

10 李自東;趙曉禮;楊小牛;;聚合物太陽能電池器件熱穩(wěn)定性的研究進(jìn)展[J];應(yīng)用化學(xué);2016年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李福民;反型聚合物太陽能電池的研究[D];吉林大學(xué);2011年

2 沈亮;新型結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)太陽能電池的研究[D];吉林大學(xué);2009年

3 蘇彬;宏觀取向介孔薄膜的制備及其在太陽能電池領(lǐng)域的初步應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2009年

4 薛麗麗;有機(jī)/聚合物太陽能電池：活性層結(jié)構(gòu)、形貌及光伏性能[D];吉林大學(xué);2010年

5 席曦;基于酞菁和富勒烯的有機(jī)太陽電池的研制及其相關(guān)系統(tǒng)與控制的研究[D];江南大學(xué);2012年

6 岳文瑾;CuInS_2量子點(diǎn)的制備及其聚合物太陽電池性能的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

7 徐洋;半透明聚合物太陽能電池的研究[D];吉林大學(xué);2013年

8 梁志強(qiáng);ZnO微納結(jié)構(gòu)制備及光學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

9 陸運(yùn)章;聚合物光伏器件形貌特性、性能及穩(wěn)定性研究[D];北京交通大學(xué);2013年

10 程莉莉;錫硫化合物薄膜的制備及其光電特性研究[D];華中科技大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李方馨;有機(jī)小分子太陽電池陰極修飾的研究[D];江南大學(xué);2010年

2 郭麗會;新型咔唑衍生物的制備及其光電性能研究[D];湘潭大學(xué);2011年

3 趙麗鳳;新型聚苯撐乙烯的設(shè)計(jì)、合成與性能[D];華中師范大學(xué);2009年

4 席曦;有機(jī)小分子太陽電池的研制[D];江南大學(xué);2009年

5 范學(xué)東;基于三元體系混合物有機(jī)太陽能電池的研究[D];北京交通大學(xué);2010年

6 趙理;提高有機(jī)小分子太陽能電池性能的研究[D];吉林大學(xué);2012年

7 韓娜;基于兩種有機(jī)材料的薄膜器件界面電學(xué)特性研究[D];東北大學(xué);2010年

8 雍雪;多枝杈各向異性/同性體系的分子設(shè)計(jì)及其光伏性能理論研究[D];東北師范大學(xué);2012年

9 倪南;有機(jī)添加劑對噻吩類聚合物光活化層形貌及光伏性能影響的研究[D];南京郵電大學(xué);2013年

10 王鵬;改善有機(jī)太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的研究[D];吉林大學(xué);2013年

，

本文編號：2283440