【摘要】：本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池(PSCs)的光敏活性層由共軛聚合物給體材料與富勒烯衍生物受體材料共混而成。其中,共軛聚合物材料的光吸收特性、電子特性、載流子遷移性能以及與富勒烯衍生物受體材料的兼容性是影響器件光電效率的核心因素。作為本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池的重要功能層材料,共軛聚合物的性能優(yōu)化是提高器件效率的重要途徑。因此,基于聚合物分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化與設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn),本論文以聚合物材料結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在聯(lián)系為主要內(nèi)容,開展如下工作：1.基于苯并二噻吩(BDT)給體單元與菲并喹喔啉(PQX)受體單元,通過分子骨架平面優(yōu)化與共軛體系調(diào)控,制備了一系列新型給體-受體型聚合物材料PBDTPQX1、 PBDTPQX2、PBDTPQX3與PBDTPQX4。歸因于二維方向上共軛體系的拓寬及骨架平面性的優(yōu)化,聚合物PBDTPQX4能量轉(zhuǎn)化效率最優(yōu),短路電流為11.6 mA/cm2,光電效率達(dá)4.32%。同時(shí),單空穴器件測(cè)試表明,聚合物材料PBDTPQX4的空穴載流子遷移率也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PBDTPQX2與PBDTPQX3。2.首先制備了烷基末端含有萘基團(tuán)的雙噻吩二酮吡咯并吡咯(NAPDPP)。基于二環(huán)戊二烯苯并二噻吩(IDT)給體單元,通過改變聚合反應(yīng)中DPP單體與含萘基側(cè)鏈NAPDPP單體的比例,制備了四個(gè)新型給體-受體型交替共聚物PIDTDPP1、PIDTDPP2、 PIDTDPP3與PIDTDPP4。以調(diào)節(jié)聚合物給體材料與富勒烯衍生物的相容性,從而實(shí)現(xiàn)從分子結(jié)構(gòu)上對(duì)混合膜形貌的可控調(diào)節(jié)。側(cè)鏈末端萘基團(tuán)的引入,顯著改善本體異質(zhì)結(jié)混合膜形貌,器件性能得到提高。然而,隨著萘組分的不斷增加,聚合物鏈間π-π相互作用呈現(xiàn)減弱趨勢(shì)�；谳粱鶄�(cè)鏈NAPDPP單體比例為50%時(shí)的聚合物PIDTDPP3,呈現(xiàn)出最優(yōu)的器件性能,PCE達(dá)4.01%。3.基于苯并二噻吩單元(BDT)給體單元,通過對(duì)2,3-二苯基喹喔啉(DQX)受體單元分子優(yōu)化設(shè)計(jì),成功制備出以萘并喹喔啉(NQX)為受體單元的聚合物PBDTNQX。由于共軛體系的拓寬及骨架平面性的優(yōu)化,使得含有噻吩鏈接單元的PBDTDTNQX的HOMO能級(jí)增加,并具有較寬的光譜響應(yīng)。然而此類聚合物給體材料表現(xiàn)出較差的光伏特性,限制其光電性能的主要因素可能是聚合物材料不佳的純度、較差的溶解性與較低的分子量。
[Abstract]:The Guang Min active layer of bulk heterogeneous polymer solar cell (PSCs) is composed of conjugated polymer donor material and fullerene derivative receptor material. Among them, the optical absorption properties, electronic properties, carrier migration properties and compatibility with fullerene derivative receptor materials of conjugated polymer materials are the core factors affecting the photoelectric efficiency of devices. As an important functional layer material of bulk Heterojunction polymer solar cells, the performance optimization of conjugated polymers is an important way to improve the efficiency of devices. Therefore, based on the optimization and design of polymer molecular structure, this paper takes the internal relationship between the structure and properties of polymer materials as the main content, and carries out the following work: 1. Based on benzodithiophene (BDT) donor unit and phenanthrene quinoxalin (PQX) receptor unit, a series of novel donor-recipient polymer materials PBDTPQX1, PBDTPQX2,PBDTPQX3 and PBDTPQX4. were prepared by molecular skeleton plane optimization and conjugated system regulation. Due to the broadening of the conjugated system in two-dimensional direction and the optimization of skeleton flatness, the energy conversion efficiency of polymer PBDTPQX4 is the best, and the short-circuit current is 11.6 mA/cm2,. The photoelectric efficiency is 4.32%. At the same time, the single hole device test shows that the hole carrier mobility of polymer material PBDTPQX4 is also much higher than that of PBDTPQX2 and PBDTPQX3.2.. Firstly, the dithiophene diketopyrrole (NAPDPP). Containing naphthalene group at the end of alkyl group was prepared. Based on the (IDT) donor unit of dicyclopentadiene benzodithiophene, four novel donor-recipient alternating polymers PIDTDPP1,PIDTDPP2, PIDTDPP3 and PIDTDPP4. were prepared by changing the ratio of DPP monomer to NAPDPP monomer containing Naphthalene side chain in polymerization. In order to adjust the compatibility of polymer donors with fullerene derivatives, the morphology of mixed films can be controlled from the molecular structure. The introduction of naphthalene group at the end of the side chain can significantly improve the morphology of the bulk Heterojunction mixed film and improve the performance of the device. However, with the increase of naphthalene composition, the 蟺-蟺 interaction between polymer chains tends to weaken. Based on the polymer PIDTDPP3, with 50% NAPDPP monomer ratio, the polymer PIDTDPP3, showed the best device performance, and the PCE reached 4.01%. 3. Based on the (BDT) donor unit of benzodithiophene unit, the polymer PBDTNQX. with Naphthalene quinoxaline (NQX) as receptor unit was successfully prepared by optimizing the molecular design of 2, 3-diphenylquinoxaline (DQX) receptor unit. Due to the widening of the conjugated system and the optimization of the skeleton planarity, the HOMO energy level of PBDTDTNQX with thiophene linked unit increases and has a wide spectral response. However, this kind of polymer donor materials show poor photovoltaic properties, and the main factors limiting their photoelectric properties may be the poor purity, poor solubility and low molecular weight of polymer materials.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O631;TM914.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 王棟一,曹維孝,馮新德;含氮給體引發(fā)劑的結(jié)構(gòu)效應(yīng)[J];科學(xué)通報(bào);1989年01期

2 李在房;彭強(qiáng);和平;王艷玲;侯秋飛;李本林;田文晶;;可溶液加工給體-受體有機(jī)小分子太陽能電池材料研究進(jìn)展[J];有機(jī)化學(xué);2012年05期

3 侯憲冰;馬曉燕;朱小波;;聚合物太陽能電池給體材料研究進(jìn)展[J];高分子通報(bào);2012年01期

4 ;[J];;年期

相關(guān)會(huì)議論文 前4條

1 王逸凡;白會(huì)濤;占肖衛(wèi);;不同受體單元對(duì)基于三苯胺小分子給體材料的影響[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第25分會(huì)：有機(jī)光伏[C];2014年

2 薄志山;;用于聚合物太陽電池的平面型給體聚合物材料[A];2013年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集——主題G：光電功能高分子[C];2013年

3 孫瑩;林保平;;聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽能電池中給體材料表面能調(diào)控及其光電性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第5分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

4 薄志山;李翠紅;李光武;危和狄;;高效率的寬帶隙聚合物給體材料的設(shè)計(jì)合成與光伏性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第25分會(huì)：有機(jī)光伏[C];2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 臧旭峰;新型吡咯并吡咯并吡咯二酮純有機(jī)染料的合成及其光伏性能的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 王歷平;含烯鍵和炔鍵的有機(jī)小分子給體材料的設(shè)計(jì)、合成及其在有機(jī)太陽能電池中的應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2015年

3 孫世新;有機(jī)小分子太陽能電池給體材料的合成與性質(zhì)研究[D];蘭州大學(xué);2015年

4 李耀文;聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽能電池：給體材料的設(shè)計(jì)、合成及性質(zhì)[D];吉林大學(xué);2010年

5 陳紅余;ET類正組元導(dǎo)電分子晶體及相關(guān)負(fù)離子工程[D];山東大學(xué);2006年

6 王明;新型窄帶隙聚合物太陽電池給體材料的設(shè)計(jì)合成與應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 夏炎;以二芴基芳胺為端基的小分子給體材料的合成與光伏性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 徐忠杰;苯并二硒吩聚合物和芳香雜環(huán)并吡嗪聚合物給體材料的合成及在太陽能電池中的應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2015年

3 繳春明;新型氟代太陽能電池給體材料的合成及性能研究[D];寧波大學(xué);2015年

4 鄧?guó)Q;混合給體有機(jī)小分子光伏器件性能的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

5 候榮彥;基于噻吩—苯—噻吩給體結(jié)構(gòu)單元的共軛聚合物的合成及光伏性能[D];湘潭大學(xué);2015年

6 宿文燕;基于苯并二噻吩和三苯胺單元的D-A型有機(jī)給體材料的合成及光伏性能研究[D];湘潭大學(xué);2015年

7 喬宗華;具有寬吸收譜的氟取代四元聚合物給體材料的合成及光伏性能研究[D];太原理工大學(xué);2016年

8 張超;新型聚合物太陽能電池給體材料的制備與光電性能研究[D];東南大學(xué);2015年

9 石文娥;小分子異質(zhì)結(jié)太陽能電池給體材料的合成及性能研究[D];華東理工大學(xué);2014年

10 賀紅文;一種硫過氧化物試劑對(duì)硫代糖苷給體的活化研究[D];浙江師范大學(xué);2014年

，

本文編號(hào)：2498976