在新一代的光伏技術(shù)中,聚合物太陽電池和鈣鈦礦太陽電池由于具有質(zhì)輕、可溶液加工和大面積制備等獨(dú)特優(yōu)勢,因而受到了極大的關(guān)注。近年來,得益于活性層材料的不斷開發(fā)、界面工程的調(diào)控和器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,這兩種光伏器件的能量轉(zhuǎn)換效率均獲得了突破性的進(jìn)展。其中,聚噻吩類衍生物材料由于結(jié)構(gòu)簡單、易于合成、空穴遷移率高和可進(jìn)行厚膜加工等優(yōu)點(diǎn),在聚合物太陽電池和鈣鈦礦太陽電池中得到了廣泛的應(yīng)用。本論文設(shè)計和合成了一系列新型的聚噻吩類衍生物材料,研究了聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)與光電性能之間的關(guān)系,并成功應(yīng)用于聚合物太陽電池和鈣鈦礦太陽電池中。在第二章中,我們設(shè)計并合成了三種聚噻吩衍生物,通過在聚噻吩的共軛主鏈上引入氟原子來降低聚合物的最高占據(jù)分子軌道（HOMO）能級,并采用不同長度的烷基鏈來調(diào)節(jié)聚合物的溶解性和加工性。與聚（3-己基噻吩）相比,新合成的三種聚噻吩衍生物的HOMO能級降低了0.4 eV。隨著烷基鏈長度的增加,聚合物的結(jié)晶性降低,溶解性和加工性得到明顯的改善。其中,P4T2F-HD的溶解性最好,可以實現(xiàn)室溫下的加工。三種聚合物與富勒烯受體共混制備成聚合物太陽電池器件后,能量轉(zhuǎn)換效率均超過了5%。與非富勒烯... 

【文章頁數(shù)】：148 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 聚合物太陽電池簡介
        1.2.1 聚合物太陽電池發(fā)展歷程
        1.2.2 聚合物太陽電池的器件結(jié)構(gòu)和工作原理
        1.2.3 聚合物太陽電池的性能參數(shù)
    1.3 聚合物太陽電池中常用的給體材料
        1.3.1 聚噻吩類衍生物
        1.3.2 苯并雙噻吩與并噻吩類聚合物
        1.3.3 苯并噻二唑與噻吩類聚合物
        1.3.4 苯并雙噻吩與苯并[1,2-c:4,5-c']二噻吩-4,8-二酮類聚合物
    1.4 鈣鈦礦太陽電池簡介
        1.4.1 鈣鈦礦太陽電池發(fā)展歷程
        1.4.2 鈣鈦礦太陽電池器件結(jié)構(gòu)和工作原理
    1.5 鈣鈦礦太陽電池中常用的聚合物空穴傳輸層材料
        1.5.1 中性共軛聚合物作為空穴傳輸層
        1.5.2 離子型共軛聚合物作為空穴傳輸層
    1.6 論文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)
        1.6.1 本論文的研究內(nèi)容
        1.6.2 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)
第二章 新型聚噻吩衍生物的設(shè)計與合成及其在聚合物太陽電池中的應(yīng)用
    2.1 引言
    2.2 實驗部分
        2.2.1 原料與試劑
        2.2.2 材料的表征與儀器設(shè)備
        2.2.3 單體和聚合物的合成
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 合成與表征
        2.3.2 熱力學(xué)性質(zhì)
        2.3.3 光學(xué)性質(zhì)
        2.3.4 電化學(xué)性質(zhì)
        2.3.5 密度泛函理論計算
        2.3.6 光伏性能
        2.3.7 電荷的產(chǎn)生、傳輸和復(fù)合
        2.3.8 形貌表征
    2.4 本章小結(jié)
第三章 氟含量對聚噻吩衍生物分子間相互作用和器件性能的影響
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 原料與試劑
        3.2.2 材料的表征與儀器設(shè)備
        3.2.3 單體和聚合物的合成
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 合成與表征
        3.3.2 熱學(xué)性質(zhì)
        3.3.3 光學(xué)性質(zhì)
        3.3.4 電化學(xué)性質(zhì)
        3.3.5 密度泛函理論計算
        3.3.6 光伏性質(zhì)
        3.3.7 電荷的產(chǎn)生和傳輸
        3.3.8 相對介電常數(shù)和電荷復(fù)合
        3.3.9 形貌表征
    3.4 本章小結(jié)
第四章 醚鏈的不同取代位置對聚噻吩衍生物性能的影響
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 原料與試劑
        4.2.2 材料的表征與儀器設(shè)備
        4.2.3 單體和聚合物的合成
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 合成與表征
        4.3.2 光學(xué)性質(zhì)
        4.3.3 電化學(xué)性質(zhì)
        4.3.4 密度泛函理論計算
    4.4 本章小結(jié)
第五章 空穴傳輸層材料的設(shè)計與合成及其在鈣鈦礦太陽電池中的應(yīng)用
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 原料與試劑
        5.2.2 材料的表征與儀器設(shè)備
        5.2.3 單體和聚合物的合成
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 合成與表征
        5.3.2 光學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)
        5.3.4 密度泛函理論計算
        5.3.5 空穴遷移率的測試
        5.3.6 光伏性能
        5.3.7 熒光淬滅測試
        5.3.8 電荷復(fù)合的研究
        5.3.9 薄膜表面形貌表征
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于一種新型聚噻吩衍生物為給體的非富勒烯聚合物太陽能電池（英文）[J]. 許青青,常春梅,李萬賓,郭冰,國霞,張茂杰.  物理化學(xué)學(xué)報. 2019(03)
[2]Achieving over 16% efficiency for single-junction organic solar cells[J]. Baobing Fan,Difei Zhang,Meijing Li,Wenkai Zhong,Zhaomiyi Zeng,Lei Ying,Fei Huang,Yong Cao.  Science China（Chemistry）. 2019(06)



本文編號：3687473