有機(jī)太陽能電池作為一種新型的清潔能源技術(shù),近年來發(fā)展迅猛,目前在單結(jié)器件中的功率轉(zhuǎn)換效率已突破15%。形貌調(diào)控作為有機(jī)太陽電池技術(shù)中的關(guān)鍵問題,長期以來受到研究者們的廣泛關(guān)注。本論文聚焦于有機(jī)共軛聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),討論了不同外界條件下對有機(jī)聚合物共混體系相分離結(jié)構(gòu)的影響。主要研究內(nèi)容如下:1.利用UV-vis、GIWAXS和AFM等表征手段,分別討論了共軛聚合物P3HT、PTB7、PBDB-T和受體組分ITIC在不同外界條件下的聚集規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),退火處理有利于促成P3HT鏈聚集的形成;當(dāng)退火溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí),會發(fā)生結(jié)晶取向的重排,由原先的face-on取向轉(zhuǎn)變?yōu)閑dge-on取向。我們發(fā)現(xiàn)PTB7在溶液中的聚集對濃度不敏感,溶液與薄膜中的聚集行為類似,但在薄膜中聚集更為強(qiáng)烈。共軛聚合物PBDB-T和受體組分ITIC也有同樣的規(guī)律。PBDB-T在溶液中具有很強(qiáng)的聚集能力,但在溫度高于90℃時(shí)可以解聚集。ITIC薄膜在退火過程中顯示出比初始薄膜更強(qiáng)的結(jié)晶和更有序的排列。高溫退火所產(chǎn)生的結(jié)晶在降溫后依然存在,表明了高溫退火對ITIC的結(jié)晶性具有不可逆的影響。2.總結(jié)了富勒烯體系P3HT:PC_(60)BM、非富勒烯體系PBDB-T:ITIC和PTB7:ITIC體系在不同外界條件下的一些聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn),P3HT:PC_(60)BM共混薄膜的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)主要是P3HT的貢獻(xiàn);退火處理后,P3HT:PC_(60)BM共混薄膜會有一定的自組裝堆積,有利于促成P3HT鏈聚集的形成。與此同時(shí),退火后薄膜中排列較為有序,π-π堆積更加緊密。我們還發(fā)現(xiàn)PBDB-T:ITIC和PTB7:ITIC溶液的聚集都對濃度不敏感。不同在于,對于PBDB-T:ITIC體系,在10~(-3) M時(shí),溶液足夠濃以致于開始出現(xiàn)聚集,且在該濃度下共軛效應(yīng)增強(qiáng);而對于PTB7:ITIC體系,即使在10~(-3) M濃度下也沒有出現(xiàn)聚集。在PBDB-T:ITIC和PTB7:ITIC體系中,face-on取向微晶相可以用熱退火、ITIC含量和DIO的引入來調(diào)控。無論是本體還是共混薄膜,熱退火都能提高face-on取向特征。ITIC的含量對于共混體系來說,是一個(gè)比較復(fù)雜的變量,因?yàn)樾枰瑫r(shí)考慮ITIC自身的聚集和與聚合物鏈段的相互作用。DIO的引入不利于微晶的生長,但后退火處理能夠改善薄膜形貌。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB34;TM914.4
【部分圖文】：

1.1 共軛聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)研究概述有機(jī)太陽能電池作為一種新型的清潔能源技術(shù)，具有輕質(zhì)、柔性、易調(diào)節(jié)、易加工等特點(diǎn)。然而，形貌調(diào)控長期以來一直都是制約有機(jī)太陽電池效率的關(guān)鍵問題，即如何實(shí)現(xiàn)共混形貌擁有高結(jié)晶度的同時(shí)，具有合適的相區(qū)尺寸。共軛聚合物作為有機(jī)太陽電池活性層的關(guān)鍵材料，其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到活性層的形貌調(diào)控，故而一直深受研究者們的廣泛關(guān)注[1]。1.1.1 共軛聚合物的基本特征常規(guī)聚合物具有優(yōu)異的絕緣性能，因此通常被稱為絕緣體。然而，一些化學(xué)結(jié)構(gòu)中具有交替單鍵和雙鍵的合成聚合物被發(fā)現(xiàn)具有導(dǎo)電或半導(dǎo)體性能，如圖 1-1 所示的聚噻吩。通過 Alan Heeger、Alan MacDiarmid 和 Hideki Shirakawa 的研究，在 20 世紀(jì) 70 年代發(fā)現(xiàn)了帶有碘摻雜的聚乙炔的類金屬導(dǎo)電性。由于他們對導(dǎo)電聚合物的開創(chuàng)性研究，在 2000 年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

可以提高 7-8 倍。的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)類型物來說，其結(jié)構(gòu)由交替的給電子 D 單元和吸電子 A能力（或強(qiáng)度）、分子幾何結(jié)構(gòu)及其相互作用決定了-A 聚合物中，供體和受體單元之間的分子內(nèi)和分子間的強(qiáng) π-π 堆積，可導(dǎo)致不同的自組裝有序結(jié)構(gòu)。為鏈間錯(cuò)位聚集(ADStacking)和鏈間同位聚集(AA(錯(cuò)位聚集中，兩條聚合物鏈交錯(cuò)堆積，電荷轉(zhuǎn)移主同位聚集中，電荷轉(zhuǎn)移較容易發(fā)生在鏈內(nèi)的 D-A 單O)主要位于供體單元，最低未占分子軌道(LUMO)供體和受體單元，可以很好地調(diào)節(jié) D-A 聚合物體系帶隙。

使體系處于不穩(wěn)定區(qū)。太陽能電池形貌控制的一個(gè)關(guān)鍵問題是小的相區(qū)尺寸和高的聚合對于實(shí)現(xiàn)高效厚膜器件尤為重要。理想的共混形貌是既擁有高的結(jié)相區(qū)[18]，具體說來，既要求給受體之間能形成有合適的區(qū)域尺寸，散至界面處，也要求界面處給受體能夠采取相同分子取向，以有效受體還要形成雙連續(xù)相，這樣有利于載流子傳輸?shù)絻蓸O。機(jī)太陽電池活性層相分離結(jié)構(gòu)調(diào)控的發(fā)展現(xiàn)狀春課題組[19]合成了以噻吩衍生物單元(PDBT-TT)為基礎(chǔ)的 D-A 共良好的光各向異性及折疊鏈排列的纖維形貌。在添加 PS 后，形成其引起的解纏結(jié)和分子鏈的排列（如圖 1-3 所示）。此外，分子內(nèi)和也得到增強(qiáng)，形成更普遍的紅移吸收帶和更小的 π-π 堆積周期(從可歸因于長鏈內(nèi)接合的相鄰節(jié)段間具有較強(qiáng)的吸引力和較小的空間
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本文編號：2863781