發(fā)布時(shí)間：2017-09-05 18:01

  本文關(guān)鍵詞：吡咯烷基富勒烯衍生物：制備、表征及光伏性能研究

  更多相關(guān)文章： 聚合物太陽能電池 受體材料 富勒烯吡咯烷衍生物 取代基

【摘要】：富勒烯C60、C70具有還原電位低,重組能低等優(yōu)點(diǎn),因此理論上是理想的電子受體材料。但由于其溶解性差、易聚集,實(shí)際應(yīng)用中一般以富勒烯衍生物例如PCBM、ICBA等作為受體材料。其中,PCBM是目前應(yīng)用最為廣泛的聚合物太陽能電池的受體材料,基于PC71BM的聚合物電池的效率最高可達(dá)11.3%。近年來,多種新型富勒烯衍生物被合成出來并報(bào)道,它們大多具有合成路線簡(jiǎn)單,性能優(yōu)良等特點(diǎn),有望取代PCBM成為新一代的聚合物太陽能電池受體材料。吡咯烷基富勒烯是一類典型的富勒烯衍生物,其合成相對(duì)簡(jiǎn)單,LUMO能級(jí)較高,理論上是一類較好的電子受體材料。但是到目前為止,關(guān)于性能優(yōu)良的吡咯烷基富勒烯電子受體材料的報(bào)道相對(duì)較少。本文通過1,3-偶極環(huán)加成的方法合成了一系列吡咯烷基富勒烯衍生物(FPx),并用質(zhì)譜(MALDI-TOF mass),核磁氫譜(1H NMR),吸收光譜(UV-vis absorption spectrum),循環(huán)伏安(Cyclic voltammogram),熱重分析(Thermogravimetric analysis),DFT-計(jì)算等手段清楚的表征了它們的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果顯示具有不同取代基的吡咯烷基富勒烯具有非常相似的吸收光譜,電化學(xué)性質(zhì)、熱穩(wěn)定性以及LUMO能級(jí)。為了確定并比較具有不同取代基的吡咯烷基富勒烯的光伏性能,我們以這些衍生物作為受體材料構(gòu)筑聚合物太陽能電池。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,具有不同取代基的吡咯烷基富勒烯的光伏性能明顯不同。其中,N-苯基取代衍生物的光伏性能明顯優(yōu)于N-甲基取代衍生物,以其作為受體材料構(gòu)筑的電池顯示了相對(duì)較高的光電轉(zhuǎn)換效率,最高可達(dá)3.19%,比較接近基于PC61BM的電池效率3.31%。我們進(jìn)一步用原子力顯微鏡(Atomic force microscopy),透射電鏡(Transmission electron microscopy)以及X-射線衍射(X-ray diffraction)表征了光活性層的形貌,并用空間電荷限制電流(Space charge limited current)器件的方法表征了具有不同取代基的衍生物的電子遷移率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:與N-甲基取代衍生物相比,N-苯基取代衍生物顯示較高的電子遷移率以及較好的與聚合物的混合性,因此可以很好的解釋后者良好的光伏性能。我們由此得出結(jié)論:適當(dāng)?shù)倪x擇取代基的類型可以有效的改善富勒烯衍生物的光伏性能。此外,本論文工作還合成了具有較高LUMO能級(jí)的二加成吡咯烷基富勒烯衍生物和吡咯烷基C70衍生物。并嘗試以它們作為電子受體材料構(gòu)筑聚合物太陽能電池。其中,基于二加成衍生物的電池的Voc高達(dá)0.82～0.85 V,明顯高于基于PC61BM的電池的Voc(0.65 V)。但是由于二加成衍生物包含多個(gè)異構(gòu)體,電池的Jsc較低,因此光電轉(zhuǎn)換效率較低(2%)。由此,我們或可預(yù)期基于異構(gòu)體純的二加成吡咯烷基富勒烯的電池不但具有較高的Voc,且具有較高的Jsc,FF以及PCE。
【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 受體材料 富勒烯吡咯烷衍生物 取代基
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-35
• 1.1 引言11-12
• 1.2 有機(jī)太陽能電池的分類12-13
• 1.3 有機(jī)太陽能電池的光-電轉(zhuǎn)換機(jī)理13-17
• 1.3.1 光吸收和激子的產(chǎn)生13-14
• 1.3.2 激子的擴(kuò)散和解離14
• 1.3.3 電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的分離14-15
• 1.3.4 電荷載流子的傳輸15-16
• 1.3.5 電荷載流子的復(fù)合16
• 1.3.6 電荷載流子的輸出16-17
• 1.4 有機(jī)太陽能電池的主要性能參數(shù)17-19
• 1.4.1 開路電壓18
• 1.4.2 短路電流18
• 1.4.3 填充因子18-19
• 1.5 體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池的光活性層形貌影響因素19-21
• 1.5.1 溶劑19
• 1.5.2 混合比例的影響19
• 1.5.3 退火的影響19-20
• 1.5.4 添加劑的作用20
• 1.5.5 化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響20-21
• 1.6 富勒烯衍生物受體光伏材料21-26
• 1.6.1 PCBM類衍生物21-22
• 1.6.2 雙加成富勒烯衍生物22-23
• 1.6.3 內(nèi)嵌富勒烯衍生物23-24
• 1.6.4 其它富勒烯衍生物24-26
• 1.7 選題依據(jù)及研究?jī)?nèi)容26-27
• 參考文獻(xiàn)27-35
• 第二章 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器及材料表征方法35-40
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器35-36
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑35-36
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器36
• 2.2 材料結(jié)構(gòu)物性表征36-38
• 2.2.1 高效液相色譜（HPLC）分析36
• 2.2.2 質(zhì)譜（MS）測(cè)試36-37
• 2.2.3 核磁共振H譜（1H NMR）測(cè)試37
• 2.2.4 紫外光譜（UV-Vis）測(cè)試37
• 2.2.5 熱重分析（TGA）測(cè)試37
• 2.2.6 差示掃描量熱（DSC）測(cè)試37-38
• 2.3 電化學(xué)測(cè)試38
• 2.3.1 三電極測(cè)試裝置38
• 2.3.2 循環(huán)伏安（CV）測(cè)試38
• 2.4 光活性層形貌表征38-39
• 2.4.1 原子力顯微鏡（AFM）表征38
• 2.4.2 透射電子顯微鏡（TEM）表征38-39
• 2.4.3 X射線衍射(XRD) 表征39
• 2.5 光伏測(cè)試及載流子遷移率測(cè)試39-40
• 2.5.1 電流-電壓（J-V）特性曲線測(cè)試39
• 2.5.2 SCLC測(cè)試39-40
• 第三章 一系列富勒烯吡咯烷衍生物的制備40-67
• 3.1 引言40
• 3.2 單加成富勒烯吡咯烷衍生物FPx (x=1～8)的制備40-42
• 3.3 FP1～FP8 的表征42-58
• 3.3.1 高效液相色譜（HPLC）42-43
• 3.3.2 質(zhì)譜（MALDI-TOF-mass）43-47
• 3.3.3 核磁共振氫譜（~1H NMR）及碳譜（~(13)C NMR）47-54
• 3.3.4 紫外-可見（UV-vis）吸收光譜54-55
• 3.3.5 熱重分析（TGA）55-56
• 3.3.6 電化學(xué)測(cè)試56-58
• 3.4 雙加成富勒烯吡咯烷衍生物及C70的單加成富勒烯吡咯烷衍生物（FP11～FP13）的合成及表征58-62
• 3.4.1 FP11～FP13 的合成58-59
• 3.4.2 FP11～FP13 的表征59-62
• 3.5 本章小結(jié)62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 第四章 有機(jī)太陽能電池器件的制作及光伏性能表征67-81
• 4.1 引言67
• 4.2 聚合物太陽能電池器件的制備67-68
• 4.3 FP1～FP8 的光伏性能表征68-73
• 4.3.1 不同D/A質(zhì)量比對(duì)器件性能的影響68-69
• 4.3.2 溶劑退火（Solvent annealing, abbreviated as SA）對(duì)器件性能的影響69-70
• 4.3.3 熱退火（Thermal annealing, abbreviated as TA）對(duì)器件性能的影響70-72
• 4.3.4 吡咯烷基取代基對(duì)器件性能的影響72-73
• 4.4 光活性層的形貌及性質(zhì)表征73-77
• 4.4.1 AFM表征73-75
• 4.4.2 TEM表征75
• 4.4.3 XRD表征75-77
• 4.4.4 電子遷移率測(cè)試77
• 4.5 FP11～FP13 的光伏性能表征77-78
• 4.6 本章小結(jié)78-79
• 參考文獻(xiàn)79-81
• 第五章 全文總結(jié)與展望81-83
• 碩士期間的學(xué)術(shù)成果83-84
• 致謝84-85

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 陳躍寧;徐證;張馨芳;汪鵬;;聚合物摻雜富勒烯衍生物光伏特性的研究[J];光電子.激光;2009年09期

2 喬新歌;黃成;銀亞冰;楊新林;;幾種不同結(jié)構(gòu)富勒烯衍生物對(duì)HeLa細(xì)胞的光誘導(dǎo)毒性[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2007年06期

3 官文超,許銘飛,廖立瓊;多羥基富勒烯衍生物的合成與表征[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年11期

4 李保民;趙玉翠;盧駿安;張洪波;魯捷;劉賢豪;韓愛鴻;;聚合物太陽能電池富勒烯衍生物受體材料的制備及其表征[J];信息記錄材料;2013年02期

5 王洪晶;盧駿安;王越;張洪波;段繼東;魯捷;韓愛鴻;;含長(zhǎng)碳鏈富勒烯衍生物的制備與表征[J];染料與染色;2014年03期

6 ;[J];;年期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 彭汝芳;金波;譚碧生;楚士晉;;硝基富勒烯衍生物的合成及熱性能研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)成立80周年第十六屆全國(guó)化學(xué)熱力學(xué)和熱分析學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2012年

2 鄭敏;高翔;;電化學(xué)合成新的富勒烯衍生物[A];第十三次全國(guó)電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（下集）[C];2005年

3 金波;彭汝芳;楚士晉;;含能富勒烯衍生物的合成與熱穩(wěn)定性研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十三屆全國(guó)化學(xué)熱力學(xué)和熱分析學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2006年

4 孫維林;丁能文;王燕華;沈之荃;;多氰基富勒烯衍生物的合成及其金屬配合物磁性能研究[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

5 莫亦明;白鳳蓮;李玉良;朱道本;;富勒烯衍生物光譜性質(zhì)的研究[A];全國(guó)第八屆分子光譜學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)文集[C];1994年

6 許毓;王官武;郭慶祥;;四氫呋喃稠合的富勒烯衍生物的質(zhì)譜研究[A];中國(guó)有機(jī)質(zhì)譜學(xué)第十三屆全國(guó)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2005年

7 倪玲;高翔;;電化學(xué)合成C_(70)雜環(huán)富勒烯衍生物[A];全國(guó)第八屆有機(jī)固體電子過程暨華人有機(jī)光電功能材料學(xué)術(shù)討論會(huì)摘要集[C];2010年

8 劉昌程;郝京誠(chéng);;富勒烯衍生物在以Si(111)為基底的半胱胺自聚集單層上的吸附及性質(zhì)研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)膠體與界面化學(xué)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

9 黃靈;趙建章;;具有可見區(qū)強(qiáng)吸收的富勒烯衍生物的合成與應(yīng)用[A];第十三屆全國(guó)光化學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2013年

10 官文超;申春迎;;C_60-天門冬酰氨的合成及其性能初探[A];2000年材料科學(xué)與工程新進(jìn)展（下）——2000年中國(guó)材料研討會(huì)論文集[C];2000年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 江貴長(zhǎng);水溶性富勒烯衍生物的合成及抗腫瘤活性研究[D];華中科技大學(xué);2005年

2 彭汝芳;硝基富勒烯衍生物的合成及應(yīng)用研究[D];中國(guó)工程物理研究院;2009年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 梁雨嵐;吡咯烷基富勒烯衍生物：制備、表征及光伏性能研究[D];蘇州大學(xué);2015年

2 高麗霞;富勒烯衍生物的理論研究[D];西南大學(xué);2011年

3 張新明;新型富勒烯衍生物的合成及其與納米粒子的組裝[D];安徽師范大學(xué);2004年

4 金波;含能富勒烯衍生物的合成與性能研究[D];西南科技大學(xué);2007年

5 董倩倩;富勒烯衍生物對(duì)胃癌細(xì)胞SGC-7901的光敏性效應(yīng)研究[D];鄭州大學(xué);2014年

6 張盼;二分體富勒烯衍生物的超分子誘導(dǎo)效應(yīng)及其在體異質(zhì)結(jié)太陽能電池中的應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2014年

7 楊濤;新型富勒烯衍生物的合成以及在聚合物太陽能電池中的應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2013年

8 魏祥龍;新型含氫鍵結(jié)構(gòu)單元［60］富勒烯衍生物的合成研究[D];安徽師范大學(xué);2007年

9 韓瑞雪;幾種Keplerate型鉬氧基超級(jí)無機(jī)富勒烯衍生物的合成、表征與性質(zhì)研究[D];北京化工大學(xué);2008年

10 王海玲;二氮雜芴基富勒烯衍生物的合成、表征及性能研究[D];安徽師范大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：799439