【摘要】：隨著人類社會的不斷發(fā)展,能源枯竭、環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)峻,尋找新型、無污染的可再生能源成為一個世界性的課題。太陽能以其幾乎無盡的儲量和干凈環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),成為解決能源危機(jī)時人們關(guān)注的熱點(diǎn)。聚合物太陽能電池具有價格低廉、生產(chǎn)工藝相對簡單、可以大面積制造等特點(diǎn)。同時,各種日益成熟的制備聚合物薄膜的方法也為電池的制備提供了有力的支持。然而,目前聚合物太陽能電池仍存在效率問題,如何利用具有窄帶隙、寬吸收光譜的聚合物光電材料以提高電池效率是目前聚合物太陽能電池的一個研究重點(diǎn)。本文圍繞兩種新型窄帶隙聚合物材料,利用光譜學(xué)的手段對窄帶隙聚合物光電材料中的光物理過程進(jìn)行研究,并有了初步的結(jié)果:(1)首先搭建了一套光學(xué)測試系統(tǒng),可以測量樣品的吸收光譜、光致吸收光譜、光致發(fā)光光譜。系統(tǒng)的光譜測試范圍覆蓋可見-紅外光波,能夠測量比較微弱的光信號。同時,用Labview編寫程序?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的自動控制與數(shù)據(jù)采集。(2)以窄帶隙聚合物PBPT為給體,非富勒烯聚合物材料N2200為受體制備體異質(zhì)結(jié)薄膜。PBPT具有較寬的吸收光譜,能捕獲較多的太陽能量。PBPT與N2200的能級結(jié)構(gòu)為電子從PBPT轉(zhuǎn)移到N2200、空穴從N2200轉(zhuǎn)移到PBPT提供了可能。用能量較高的447nm連續(xù)波激光與低于PBPT帶隙的808nm連續(xù)波激光激發(fā)所得的光致吸收光譜中,均存在紅外活性振動模。結(jié)合發(fā)光光譜中的淬滅現(xiàn)象,驗證了混合薄膜中的電荷轉(zhuǎn)移過程。對混合薄膜進(jìn)行不同溫度的退火處理,并對退火后的薄膜進(jìn)行了 PL、PA以及Urbach能量對比及分析。實驗結(jié)果顯示,在適度退火以增加聚合物薄膜的結(jié)晶度的情況下,如何有效的控制和減少缺陷態(tài)是提高相應(yīng)光電池效率的關(guān)鍵。(3)以窄帶隙聚合物PTP8為給體,分別用N2200與PCBM作為受體材料,制備體異質(zhì)結(jié)薄膜。測量PTP8/N2200、PTP8/PCBM混合薄膜光致發(fā)光光譜、光致吸收光譜,分析比較其中反映的光學(xué)過程。實驗結(jié)果顯示,在光激發(fā)下混合薄膜中存在PTP8空穴極化子,但是PTP8向N2200的電荷轉(zhuǎn)移效率較低。雖然N2200對近紅外光有較強(qiáng)的吸收,但是由于PTP8向N2200的低電荷轉(zhuǎn)移效率,吸收的太陽光能量不能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂奢d流子,導(dǎo)致PTP8/N2200比PTP8/PCBM所對應(yīng)的太陽能電池效率低。實驗結(jié)果顯示,對于不同給體材料,應(yīng)選用合適的受體材料以獲得較高的電荷轉(zhuǎn)移效率。該結(jié)果對PTP8窄帶隙聚合物太陽能電池的研發(fā)提供參考意見。
【圖文】：

組成單元共軛化合物是指由互相平行的Ｐ軌道所形成７１鍵的不飽和化合物。碳是有機(jī)聚逡逑合物材料中最為重要的元素，基態(tài)碳原子核外電子結(jié)構(gòu)可表示為ｌｓ２２ｓ２２ｐ２。相鄰碳原子逡逑通過共享電子結(jié)合為分子，可通過雜化軌道來解釋該成鍵原理。如圖１．１邋（ａ）所示，在逡逑碳原子最外層的電子中，兩個ｓ軌道上的電子為成對出現(xiàn)的，ｐ軌道電子是單獨(dú)出現(xiàn)的。逡逑成鍵時，，２ｓ軌道中的一個電子被激發(fā)到２ｐ的空軌道中，如圖１．１邋（ｂ）所示，得到處于逡逑２ｓ、２ｐｘ、２ｐｙ、２ｐｚ四個軌道上未成對電子。逡逑＾邋Ｅｉｎｎｎｃ逡逑Ｉｓ邋２ｓ邋２ｐｘ邋２ｐｙ邋２ｐｚ逡逑㈨［0］□□□［逡逑Ｉｓ邐２ｓ邋２ｐｘ邋２ｐｙ邋２ｐｚ逡逑圖１．１碳原子成鍵前后的電子排布（ａ）基態(tài)碳原子中的電子排布；（ｂ）雜化碳原子中的電子排布。逡逑傳統(tǒng)聚合物中的碳原子成鍵形式為ｓｐ３雜化，這種成鍵方式是指碳原子的２ｓ軌道中逡逑一個電子與２ｐ軌道中三個電子發(fā)生雜化，此時的四個成鍵軌道具有２５％ｓ軌道的特性，逡逑７５％ｐ軌道的特性。所形成的四個簡并軌道成空間對稱的四面體結(jié)構(gòu)，能量相同。ｓｐ３雜逡逑化時，相鄰原子之間形成ｃｒ鍵，所有價電子均處于共價鍵束縛中，沒有可移動的自由電逡逑子。逡逑共軛聚合物中的成鍵方式為ｓｐ２雜化，如圖１．２邋（ａ）所示，一個２ｓ軌道中的電子與逡逑兩個２ｐ軌道中的電子結(jié)合

的兩個原子軌道疊加而成，兩原子核間電子的概率密度變小，其能量比之前原子軌道能逡逑量高，不利于化學(xué)成鍵，為反鍵軌道。由于能量差異，電子將優(yōu)先進(jìn)入成鍵軌道，然后逡逑再進(jìn)入反鍵軌道。圖１．３展示了共軛聚合物的成鍵軌道與反鍵軌道結(jié)構(gòu)圖。逡逑0＊軌道－］逡逑ｎ邐卜反鍵軌道逡逑７１＊軌道Ｊ逡逑ｒ逡逑Ｓ邐丨光激發(fā)逡逑傘邋１逡逑芤軌道１逡逑Ｔ邐＾成鍵軌道逡逑邐邐。軌道Ｊ逡逑圖１．３共軛聚合物分子成鍵和反鍵能級結(jié)構(gòu)逡逑７：鍵化學(xué)鍵強(qiáng)度相對ａ鍵弱很多，因而其電子能量較高，占據(jù)成鍵軌道中高能級軌道逡逑（ＨｉｇｈｅｓｔＯｃｃｕｐｉｅｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＯｒｂｉｔａｌ，ＨＯＭＯ邋能級）。７ｔ＊軌道占據(jù)最低空置軌道（Ｌｏｗｅｓｔ逡逑Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ邋Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋Ｏｒｂｉｔａｌ，ＬＵＭＯ能級）。當(dāng)有機(jī)共輒聚合物受至！］一定頻率的光激逡逑發(fā)時，如圖１．３所示，將發(fā)生從７１軌道躍向７１＊軌道的光學(xué)躍遷。該７Ｔ－７Ｔ＊躍遷能隙范圍主要逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ317;TB34

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 葛愛明;王巍;;基于光的回歸反射技術(shù)提高LED外量子效率的研究[J];照明工程學(xué)報;2010年05期

本文編號：2609920