【摘要】：有機(jī)太陽能電池在這近幾年的迅速發(fā)展使人們看到其實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的可能,其中單節(jié)聚合物太陽能電池的研究不斷地取得突破并已達(dá)到13%以上的光電轉(zhuǎn)換效率,這得益于眾多優(yōu)秀的光伏材料的開發(fā)與優(yōu)化,特別是近年得到快速發(fā)展的小分子非富勒烯受體材料。一種經(jīng)典的3元稠環(huán)化合物——苯并二噻吩(BDT)作為構(gòu)建有機(jī)光電材料的一個(gè)結(jié)構(gòu)單元具有其優(yōu)越的性能。本論文的研究工作基于苯并二噻吩結(jié)構(gòu)單元開發(fā)出了一系列結(jié)構(gòu)為“拉電子單元-供電子單元-拉電子單元(a-d-a)”的小分子受體材料,并分別從分子的中心骨架、末端基團(tuán)優(yōu)化和側(cè)鏈修飾這三個(gè)方面進(jìn)行研究,來進(jìn)一步開發(fā)具有更高性能的聚合物有機(jī)太陽能電池。(1)設(shè)計(jì)合成了含BDT單元的a-d-a型非富勒烯受體材料BDT-IC,該化合物具有與IT-IC互為同分異構(gòu)體的7元稠環(huán)骨架BDCPDT,使其獲得了比IT-IC較為紅移的吸收光譜以及較窄的能隙。BDT-IC同時(shí)在有機(jī)薄膜中具有更好的結(jié)晶性以及更緊密的分子堆積,使其具有更好的載流子遷移率。與聚合物給體J71配合獲得了10.5%的平均光電轉(zhuǎn)換效率,高于基于IT-IC的太陽能電池器件。(2)在末端基團(tuán)上引入Cl原子合成了兩個(gè)新型的基于BDT的非富勒烯受體材料BT-CIC。由于Cl原子拉電子效應(yīng),使BT-CIC具有E_g=1.33 eV的超窄帶隙,且吸收波長邊緣達(dá)到了近紅外區(qū)的930 nm處。Cl原子的引入提高了分子在固體薄膜中的堆積,大大提高了器件的短路電流J_(SC),以聚合物J71為給體材料的器件效率達(dá)到了11.2%。另外,基于BT-CIC的半透明有機(jī)太陽能電池在平均透過率為43%的情況下達(dá)到了7.1%的光電轉(zhuǎn)換效率。(3)在BDT-IC骨架上通過引入正己基(n-hexyl)和正己基硫基(n-hexylthio)側(cè)鏈分別合成了兩個(gè)新的受體材料CBT-IC和SBT-IC。通過與BDT-IC的比較發(fā)現(xiàn),側(cè)鏈的推/拉電子性能對受體材料的光吸收和分子能級具有明顯的調(diào)控作用。另外在固體薄膜狀態(tài)下,正己基和正己基硫基的引入減弱了材料的結(jié)晶性,但在與J71的混合膜中載流子的平衡得到了提高。最終基于CBT-IC和SBT-IC的太陽能電池均表現(xiàn)出了高于BDT-IC的器件效率11.02%和11.28%。
【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
【圖文】：

圖4-5 BDT-IC、CBT-IC和SBT-IC的分子結(jié)構(gòu)及能級計(jì)算結(jié)果4.3.3 光伏器件的表征為了進(jìn)一步研究側(cè)鏈取代對受體材料的光伏性能的影響，我們統(tǒng)一選擇了 J71作 為 聚 合 物 給 體 材 料 用 于 制 備 聚 合 物 太 陽 能 電 池 器 件 ， 器 件 結(jié) 構(gòu) 為ITO/PEDOT:PSS/J71:受體材料/PDINO/Al。其中活性層是以氯仿為溶劑旋涂制得，PDINO 是作為電極的緩沖層。器件的制備條件經(jīng)過優(yōu)化后，確定器件的給體和受體在氯仿溶液中的重量比分別是 0.9:1.0（J71:CBT-IC）和 0.8:1.1（J71:SBT-IC）。在一個(gè)太陽強(qiáng)度的模擬太陽光譜 AM1.5G 的照明下，分別得到了基于 CBT-IC 和SBT-IC 電池器件的 J  V 曲線（見圖 4-6a），它們的開路電壓（VOC）、短路電流（JSC）和填充因子（FF）與 BDT-IC 一起總結(jié)在表 4-2 里。可以發(fā)現(xiàn)，由于 SBT-IC 具有更低的 LUMO能級，基于SBT-IC器件的 VOC比基于 BDT-IC和 CBT-IC器件的低。但有趣的是，雖然 CBT-IC 具有比 BDT-IC 低的 LUMO，卻擁有幾乎一樣的 VOC，

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本文編號：2718014