【摘要】：近年來,非富勒烯聚合物太陽能電池(NF-PSCs)成為國內(nèi)外能源科學(xué)和材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),這得益于非富勒烯受體材料尤其是n-型有機(jī)半導(dǎo)體材料(n-OS)的飛速的發(fā)展。目前,研究的焦點(diǎn)是如何進(jìn)一步提高NF-PSCs的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE),并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本論文主要圍繞寬帶隙氟取代聚合物給體材料(PM6)與窄帶隙小分子非富勒烯受體材料共混制備高效率的NF-PSCs,探索器件的各性能參數(shù)與活性層材料的特性和共混薄膜的微觀形貌之間的相互關(guān)系,以及制備并探究了大面積、柔性NF-PSCs的光伏性能,取得的主要研究成果如下:1.以氟取代的寬帶隙聚合物給體材料PM6和小分子非富勒烯受體ITIC為研究對象,制備有機(jī)光伏器件并對器件性能進(jìn)行研究。其中,PM6作為聚合物給體材料,具有較寬的光學(xué)帶隙(1.8 eV)和較低的HOMO能級(-5.50 eV),以及較強(qiáng)的結(jié)晶性和以Face on取向?yàn)橹鞯姆肿咏Y(jié)構(gòu)。經(jīng)過器件優(yōu)化,在DIO和熱退火的協(xié)同作用下,基于PM6:ITIC的活性層獲得了寬而強(qiáng)的光譜吸收,平衡的空穴/電子遷移率和良好的相分離尺寸,從而光伏器件獲得了高達(dá)9.7%的能量轉(zhuǎn)化效率;同時(shí)獲得了高達(dá)1.04 V的V_(oc)和16.0 mA cm~(-2)的Jsc。值得注意的是,PM6和ITIC之間的HOMO能級差(ΔE_(HOMO))僅有0.10 eV,仍然可以獲得高效的空穴傳輸;且能量損失(E_(loss))低為0.51 eV。9.7%的能量轉(zhuǎn)換效率是基于V_(oc)大于1 V且E_(loss)小于0.55 eV的非富勒烯聚合物太陽能電池中文獻(xiàn)報(bào)道的最高值。2.為了進(jìn)一步提高光伏器件的能量轉(zhuǎn)化效率,我們使用結(jié)晶性更強(qiáng)的窄帶隙非富勒烯受體IDIC為受體,以PM6為給體,共混制備非富勒烯聚合物太陽能電池。其中,PM6和IDIC的能級匹配、吸收互補(bǔ)且PM6具有較強(qiáng)的結(jié)晶性和π-π堆積的分子結(jié)構(gòu);所以,基于PM6:IDIC體系在活性層不需要任何特殊處理的情況下簡單制備的PSCs就可以獲得高達(dá)11.9%的PCE,同時(shí)獲得了高達(dá)0.97 V的V_(oc)、17.8 mA cm~(-2)的J_(sc)以及69%的FF。11.9%的PCE是當(dāng)時(shí)文獻(xiàn)報(bào)道的單結(jié)PSCs中不需要后處理的最高效率。同時(shí),為了研究該聚合物太陽能電池的實(shí)際應(yīng)用潛力,我們制備了不同活性層厚度和不同器件面積的聚合物太陽能電池,發(fā)現(xiàn)在活性層膜厚范圍為95-255 nm、器件面積為0.20-0.81 cm~2之間時(shí)均可以獲得超多11%的能量轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)器件面積高達(dá)1.25 cm~2時(shí),初步優(yōu)化的柔性聚合物太陽能電池依然收獲了6.54%的能量轉(zhuǎn)換效率。上述結(jié)果表明,該活性層體系適用于高效柔性大面積器件的簡單(無后處理)制備,一定程度上推動(dòng)了聚合物太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
【圖文】：

年來發(fā)展起來的一種新型光伏技術(shù)，其核心是利用高分子/有機(jī)光電轉(zhuǎn)換材料將光轉(zhuǎn)換成電能。與傳統(tǒng)的無機(jī)半導(dǎo)體光伏材料相比，，有機(jī)太陽能電池具有質(zhì)量輕、成低、制備工藝簡單、可制備柔性和半透明器件等突出優(yōu)點(diǎn)；尤其是薄、輕、柔是無半導(dǎo)體太陽能電池不可替代的優(yōu)點(diǎn)（如圖 1.1 所示），被視為最有希望取代傳統(tǒng)石能源的新能源電池之一[1-3]。

溶性/C60衍生物的“本體異質(zhì)結(jié)”（bulk he池由 Heeger 研究組的俞鋼等發(fā)明，從而使的的電荷分離效率低的問題得以解決[7]。因見圖 1.2）可以有效地提高了能量轉(zhuǎn)換效率體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)來研究有機(jī)太陽能電池的性
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 孫鎮(zhèn)鎮(zhèn);;富勒烯的合成研究與應(yīng)用前景[J];中國粉體工業(yè);2017年01期

2 ;“內(nèi)嵌富勒烯”憑啥一克一億英鎊[J];功能材料信息;2016年01期

3 黃飛;徐慧敏;黃成相;黃濤;徐雪峰;魏先文;;富勒烯C_(60)的性能及應(yīng)用研究進(jìn)展[J];五邑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2017年01期

4 常偉偉;趙增典;;富勒烯C_(60)衍生物自組裝微納米材料及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J];化工新型材料;2017年05期

5 ;世界最昂貴材料內(nèi)嵌富勒烯:每克1.45億美元[J];瀘州科技;2016年01期

6 魏亮;;提升精準(zhǔn)度的新材料:內(nèi)嵌富勒烯[J];中國科技術(shù)語;2016年03期

7 何婷;張曉磊;張靜;;富勒烯及其衍生物在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用[J];化學(xué)試劑;2015年04期

8 ;科學(xué)家成功捕獲“消失”的富勒烯[J];前沿科學(xué);2015年01期

9 盧博為;張前炎;謝素原;黃榮彬;鄭蘭蓀;;氮雜[60]富勒烯的優(yōu)化合成[J];廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年06期

10 黃飛;李長江;蘭艷素;魏先文;張哲;楊富功;;富勒烯C_(60)納米材料的制備及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J];化工新型材料;2015年11期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 謝素原;;新型富勒烯的氯化/氫化穩(wěn)定 從“有沒有”到“多不多”再到“行不行”[A];第七屆全國物理無機(jī)化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2016年

2 占肖衛(wèi);;非富勒烯受體[A];第一屆新型太陽能電池暨鈣鈦礦太陽能電池學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2014年

3 占肖衛(wèi);;新型高效非富勒烯受體的設(shè)計(jì)[A];第二屆新型太陽能電池學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2015年

4 甘良兵;;富勒烯的骨架修飾[A];中國化學(xué)會(huì)第九屆全國有機(jī)化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集（1）[C];2015年

5 劉燕燕;傅建捷;張愛茜;;構(gòu)建表面不同修飾C_(60)納米顆粒與乙酰膽堿酯酶活性抑制構(gòu)效關(guān)系[A];第十屆全國生物醫(yī)藥色譜及相關(guān)技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2014年

6 程幸榮;朱潤良;許銀;葛飛;;葉臘石吸附富勒烯的分子動(dòng)力學(xué)模擬[A];2014年第12屆全國水處理化學(xué)大會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2014年

7 王官武;;基于碳-氫活化的富勒烯衍生化研究[A];中國化學(xué)會(huì)全國第十一屆有機(jī)合成化學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2014年

8 張斌;張俊彥;龔珍彬;魏利;;含氫類富勒烯結(jié)構(gòu)碳薄膜的摩擦學(xué)研究[A];第九屆全國表面工程大會(huì)暨第四屆全國青年表面工程論壇論文集[C];2012年

9 甘佐華;譚凱;;一條全新C_(60)到C_(70)富勒烯七元環(huán)生長路線的密度泛函研究[A];中國化學(xué)會(huì)第十二屆全國量子化學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];2014年

10 詹夢熊;;銅的富勒烯配合物的合成與表征[A];面向21世紀(jì)的科技進(jìn)步與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（上冊）[C];1999年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 張明;第三屆國際富勒烯科學(xué)研討會(huì)在我市舉行[N];通化日報(bào);2018年

2 記者 黃銳;內(nèi)嵌富勒烯：1克竟值10億元[N];東莞日報(bào);2015年

3 記者 錢童心;“納米王子”富勒烯產(chǎn)業(yè)化之路[N];第一財(cái)經(jīng)日報(bào);2016年

4 本報(bào)記者 錢曙光 李文明;富勒烯造就新材料傳奇[N];內(nèi)蒙古日報(bào)(漢);2015年

5 陳超;小鼠研究首次證實(shí)富勒烯可運(yùn)載基因[N];科技日報(bào);2010年

6 龔向前;武大納米科技蓄勢待發(fā)[N];科技日報(bào);2001年

7 羅阿華;為富勒烯走向應(yīng)用奠基[N];中國化工報(bào);2007年

8 羅阿華;我國富勒烯研究獲重大突破[N];中國化工報(bào);2004年

9 本報(bào)記者 李文龍;“內(nèi)嵌富勒烯”憑啥一克一億英鎊[N];科技日報(bào);2015年

10 文竹;日本發(fā)現(xiàn)富勒烯有望用于癌癥治療[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王麗;富勒烯功能化修飾衍生物結(jié)構(gòu)和非線性光學(xué)性質(zhì)的理論研究[D];東北師范大學(xué);2018年

2 程運(yùn)華;硼、氮摻雜富勒烯的結(jié)構(gòu)搜索[D];華南理工大學(xué);2018年

3 李世雄;硼富勒烯及內(nèi)嵌金屬硼富勒烯電子結(jié)構(gòu)與光譜特性的第一性原理研究[D];貴州大學(xué);2017年

4 代水星;非富勒烯電子受體材料的設(shè)計(jì)、合成與光伏性能研究[D];福建師范大學(xué);2017年

5 趙艷麗;鐠內(nèi)嵌金屬富勒烯及其衍生物的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性[D];黑龍江大學(xué);2016年

6 陳傳寶;含金屬鈦的新型內(nèi)嵌富勒烯的合成，分離及性質(zhì)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

7 高飛;氯參與下富勒烯的形成研究[D];廈門大學(xué);2003年

8 程偉;具有二十面體群及四面體群對稱性的富勒烯的光譜性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);1999年

9 吳紅麗;異型碳納米管和富勒烯吸附性能及其生長機(jī)理的計(jì)算模擬研究[D];大連理工大學(xué);2005年

10 李玉學(xué);C_（60）環(huán)、C_（36）環(huán)、小直徑碳管的性質(zhì)及富勒烯新結(jié)構(gòu)的理論研究[D];北京師范大學(xué);2002年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 胡貝貝;氮雜環(huán)卡賓催化的[60]富勒烯并環(huán)戊酮和2-環(huán)己烯酮衍生物的合成研究[D];河南師范大學(xué);2018年

2 危娟;[60]富勒烯并四氫環(huán)戊[2,3-b]吲哚衍生物的合成研究[D];河南師范大學(xué);2018年

3 王燕;高效非富勒烯聚合物太陽能電池的制備與性能優(yōu)化[D];蘇州大學(xué);2018年

4 羅才云;富勒烯/半導(dǎo)體納米復(fù)合材料電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的研究[D];湖南大學(xué);2017年

5 聶夢思;內(nèi)嵌鋱金屬富勒烯的制備與Tb@C_(82)的化學(xué)功能化[D];黑龍江大學(xué);2018年

6 王兆龍;含氫類富勒烯薄膜摩擦性能研究及固液復(fù)合潤滑[D];蘭州理工大學(xué);2018年

7 劉景;內(nèi)嵌金屬富勒烯的力—磁—光耦合動(dòng)力學(xué)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2017年

8 劉麗娜;點(diǎn)擊構(gòu)筑大環(huán)受體及其分子識(shí)別[D];南昌大學(xué);2018年

9 王興浩;富勒烯阿霉素衍生物的設(shè)計(jì)與研究[D];鄭州大學(xué);2018年

10 張樂樂;金屬富勒烯多氨基加成衍生物的合成研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2017年

本文編號：2607466