發(fā)布時(shí)間：2022-01-09 15:56

　　在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,能源問(wèn)題一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一,開發(fā)出一種清潔高效的能源則是解決能源問(wèn)題的重要途徑。在過(guò)去的數(shù)十年的探索中,能夠直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的太陽(yáng)電池技術(shù)已經(jīng)被證明是能源危機(jī)的重要解決方法。在太陽(yáng)電池研究領(lǐng)域中,具有低成本,易加工,質(zhì)量輕和柔性等優(yōu)勢(shì)的聚合物太陽(yáng)電池已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。雖然聚合物太陽(yáng)電池有著獨(dú)一無(wú)二的潛力,但要實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用,仍有數(shù)個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題需要攻克。其中最為迫切的一項(xiàng)則是如何實(shí)現(xiàn)其光電轉(zhuǎn)換效率（power conversion efficiency,PCE）的突破。在影響聚合物太陽(yáng)電池PCE的幾項(xiàng)因素中,電池器件的開路電壓(V_oc)對(duì)PCE的影響尤為明顯。因此,通過(guò)制備具有高V_oc的聚合物太陽(yáng)電池實(shí)現(xiàn)其效率的突破是一項(xiàng)重要的研究方向。本文就該方向開展了深入的研究,選用了多種不同體系和結(jié)構(gòu)的給受體,制備了具有高開路電壓的聚合物太陽(yáng)電池,工作內(nèi)容主要包括以下三部分:在第二章中,我們選用了一種基于二氟苯并噁二唑結(jié)構(gòu)的深HOMO（Highest Occupied Molecular Orbital,... 

【文章來(lái)源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：87 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

聚合物太陽(yáng)電池應(yīng)用場(chǎng)景早在1986年，鄧青云博士報(bào)道了一種以雙層結(jié)構(gòu)染料光伏器件為核心的聚

圖 1-2 美國(guó) NREL 發(fā)布的 2019 年各類光伏電池的最高認(rèn)證效率[24]1.2 聚合物太陽(yáng)電池的基本理論1.2.1 聚合物太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)電池是一種可以吸收太陽(yáng)光照，并將太陽(yáng)能其轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其主要結(jié)構(gòu)包括陰陽(yáng)電極和有機(jī)吸光層（又稱活性層），其中最核心的部分就是活性層。除去基本的電極層和活性層以外，研究者們還會(huì)將具有一定能級(jí)的界面層引入到電池器件的電極和活性層中間來(lái)調(diào)整能壘和改善界面接觸[11,25-29]。此外，根據(jù)陰陽(yáng)電極的方向不同，聚合物太陽(yáng)電池又可以分為正裝器件和倒裝器件，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1-3 所示。我們將使用經(jīng)氧化銦氧化錫濺射處理的導(dǎo)電玻璃（ITO玻璃）作為陽(yáng)極，具有較低功函數(shù)的材料（如 Ca、Al、Ag 等）作為陰極的電池器件定義為正裝器件。而在 ITO 玻璃上引入一層具有電子傳輸特性的材料(如

圖 1-3 聚合物太陽(yáng)電池 (a) 正裝與 (b) 倒裝結(jié)構(gòu)單層器件結(jié)構(gòu)是聚合物太陽(yáng)電池最早使用的結(jié)構(gòu)，即將單一有機(jī)半導(dǎo)體材料夾在陰陽(yáng)電極之間，利用電極間的內(nèi)建電場(chǎng)以及功函數(shù)差分離和抽取激子分解形成的空穴和電子，通常也被稱為 Schottky 器件。該結(jié)構(gòu)具有簡(jiǎn)單易于制備的特點(diǎn)，早期的聚合物太陽(yáng)電池研究都是基于該結(jié)構(gòu)開展的。但該結(jié)構(gòu)也存在著吸收光譜覆蓋窄，雙分子復(fù)合損失嚴(yán)重等缺陷，使得器件的能量轉(zhuǎn)換效率較低[30]。雙層器件結(jié)構(gòu)則是將 p 型和 n 型有機(jī)半導(dǎo)體材料依次沉積形成兩層緊密貼合的活性層的器件結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)下，激子能夠較為有效地進(jìn)行分離。同時(shí)，由于采用兩種不同的材料可以提供更廣的吸光范圍，對(duì)光照的利用更為充分。但雙層器件結(jié)構(gòu)由于只存在一層給受體界面，故只有界面兩側(cè)約 15nm 處的激子能夠在復(fù)合前擴(kuò)散到界面進(jìn)行實(shí)現(xiàn)電子和空穴的分離。因此該結(jié)構(gòu)仍然存在著較大的復(fù)合損失和較低的量子效率，器件的能量轉(zhuǎn)換效率無(wú)法達(dá)到較為理想的水平[31]。體異質(zhì)結(jié)器件結(jié)構(gòu)是將給受體材料共混后直接加工成共混膜作為器件活性

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Fluorination vs. chlorination: a case study on high performance organic photovoltaic materials[J]. Yun Zhang,Huifeng Yao,Shaoqing Zhang,Yunpeng Qin,Jianqi Zhang,Liyan Yang,Wanning Li,Zhixiang Wei,Feng Gao,Jianhui Hou.  Science China（Chemistry）. 2018(10)
[2]Side-chain fluorination on the pyrido[3,4-b]pyrazine unit towards efficient photovoltaic polymers[J]. Tao Wang,Liuliu Feng,Jun Yuan,Lihui Jiang,Wei Deng,Zhi-Guo Zhang,Yongfang Li,Yingping Zou.  Science China（Chemistry）. 2018(02)
[3]水/醇溶共軛聚合物界面材料及其在光電器件中的應(yīng)用[J]. 張凱,黃飛,曹鏞.  高分子學(xué)報(bào). 2017(09)



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