近年來,探索新型的聚合物并用于制備高性能聚合物太陽能電池(PSCs)是該領域的主要研究方向之一。在本研究中,基于吡啶并噻二唑、三氮唑的聚合物光伏材料被設計并合成,通過引入鹵素原子來降低聚合物的HOMO能級,同時通過控制烷基側鏈的長短來調節(jié)共軛聚合物的溶解性、聚集態(tài)以及與電子受體材料的共混相容性,從而達到優(yōu)化聚合物光伏性能的目的。在本論文工作中的主要研究內容為:1、以吡啶并[3,4-c]噻二唑(PT)作為強的拉電子受體結構單元(A),烷基噻吩作為推電子結構單元(D),雙氟代苯并噻二唑或單氟代苯并噻二唑為第二拉電子結構單元,設計并合成了的兩種新型的三元共軛聚合物PDTPT-DFBT和PDTPT-FBT,聚合物在溶液和薄膜狀態(tài)對300-800 nm范圍的太陽光具有強吸收,表明該聚合物是一類寬吸收的聚合物光伏材料。聚合物PDTPT-DFBT表現出比PDTPT-FBT更紅移的吸收光譜、更小的π-π堆砌距離。在未加入任何添加劑及未進行任何后處理條件下,分別以聚合物PDTPT-DFBT、PDTPT-FBT為電子給體材料,PCBM(富勒烯衍生物)為電子受體材料所制備的本體異質結型光伏器件的光電轉換效率(PCE)值分別為2.56%、3.14%。同時,兩種聚合物的HOMO能級都低于的-5.40 eV,所制備的PSCs器件獲得均高于0.90 V的開路電壓(V_(oc)),這在窄帶隙聚合物光伏材料中是較為少見的。2、將1H-1,2,4-三氮唑作為拉電子結構單元,并與推電子結構單元苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(BDT)衍生物共聚,得到D-A共軛聚合物光伏材料,為了適當降低聚合物的LUMO(最低空軌道)和HOMO(最高成鍵分子軌道)能級、拓寬聚合物的吸收光譜以及降低聚合物的能隙,我們在推電子結構單元BDT中引入電負性較強的鹵素原子氟(F)和氯(Cl)。同時在1H-1,2,4-三氮唑環(huán)上引入不同長度的烷基鏈來改善聚合物的溶解性。合成得到了PTZ-F-O、PTZ-Cl-OD、PTZ-F-OD、PTZ-OD四種聚合物,以該系列聚合物為給體材料的光伏器件的開路電壓均在1.00 V以上。由于聚合物的能隙都較寬,其吸收光譜較窄,導致其短路電流密度不高,故其PSCs的PCE不高,其中基于PTZ-F-O的PSC具有最佳的PCE為2.94%;基于PBDTZ-F-OD、PTZ-F-OD和PTZ-Cl-OD的PSCs的PCE分別為1.62%,1.84%,2.01%。3、以4H-1,2,4-三氮唑作為拉電子結構單元,BDT衍生物為推電子結構單元,設計并合成了共軛聚合物PBDT-F-TIZ,這是首次將4H-1,2,4-三氮唑單元應用到PSCs,另外還合成了基于1H-1,2,4-三氮唑結構單元的相似聚合物PBDT-F-TZ來進行對比,研究聚合物分子結構的規(guī)整性對光伏性能的影響規(guī)律。研究結果表明,結構規(guī)整的聚合物PBDT-F-TIZ表現出更好的熱穩(wěn)定性、紅移的吸收光譜、更有序的分子堆砌,因此,PBDT-F-TIZ表現出更好的光伏性能,其PSC的PCE為2.42%,高于基于PBDT-F-TZ的PSCs(PCE=1.68%)。
【學位單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM914.4;TQ317
【部分圖文】：

BHJPSCs的工作原理圖

圖 1.2 PSCs 結構圖J 器件結構1995 年，有科學家將 MEH-PPV[15]和富勒烯衍生物 PC61BM 一起混溶劑中，涂膜得到 BHJ 光敏活性層，標志著 BHJ PSCs 研究的開始

圖 1.3 （a）正向器件結構 （b）反向器件結構1.2.3 聚合物太陽能電池器件的重要參數及影響因素PCE 是衡量 PSCs 商業(yè)化的最關鍵參數之一。然而，Voc， Jsc和 FF 是直接
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本文編號：2868044