發(fā)布時間：2019-06-11 04:25

【摘要】：本論文簡要地介紹了本體異質(zhì)結(jié)(BHJ)型聚合物太陽能電池(PSCs)的工作原理、器件結(jié)構(gòu)以及影響器件性能的因素。并綜述了近年來用于PSCs的聚合物給體材料和受體材料的研究進(jìn)展。在BHJ PSCs中,聚合物電子給體材料的吸收光譜、溶解性、結(jié)晶性、載流子遷移率、能級匹配以及聚集態(tài)形貌等都會對器件的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)產(chǎn)生重要影響。為此,本論文通過引入硫烷基噻吩側(cè)鏈、引入氟(F)原子和使用[1,2,5]噻二唑并[3,4-c]吡啶作為強拉電子結(jié)構(gòu)單元等手段來調(diào)控共軛聚合物電子給體材料的吸收光譜、能級及聚集態(tài)結(jié)構(gòu),進(jìn)而獲得具有較高光伏性能的聚合物光伏材料。本論文的主要研究內(nèi)容如下:1.在苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(BDT)的側(cè)鏈引入5-((2-己基葵基)硫基)噻吩,一方面改善聚合物的溶解性,另一方面降低聚合物的最高成鍵分子軌道(HOMO)能級。將該BDT衍生物作為推電子結(jié)構(gòu)單元,以含不同數(shù)目的F原子取代的苯并噻二唑(0FBT、1FBT和2FBT)為拉電子結(jié)構(gòu)單元,設(shè)計并合成了三種共軛聚合物PST-BT、PST-1FBT和PST-2FBT。研究結(jié)果表明,隨著聚合物中F原子數(shù)量的增加,聚合物分子分子間作用增強,聚合物薄膜的吸收光子能力逐漸增強。因為引入了硫烷基噻吩作為側(cè)鏈,三種聚合物的HOMO能級均低于-5.45 eV,所制備的BHJ PSCs器件的開路電壓Voc均在0.90 V以上。在未另外加入添加劑及其它優(yōu)化處理的條件下,基于聚合物PST-BT、PST-1FBT和PST-2FBT為電子給體材料,PC61BM為電子受體材料的三個BHJ-PSCs器件的光電裝換效率(PCE)值分別為1.31%,2.29%和2.55%。2.為了保證聚合物具有較好的溶解性,從而獲得高分子量的聚合物光伏材料,我們在[1,2,5]噻二唑并[3,4-c]吡啶(PyT)兩端各引入一個3-(2-辛基-十二烷基)-噻吩;以該PyT衍生物用作拉電子結(jié)構(gòu)單元,并將其溴化后,再分別與不同的推電子結(jié)構(gòu)單元:噻吩、噻吩并[3,2-b]噻吩、3,3′-二氟-2,2′-聯(lián)噻吩的錫試劑進(jìn)行Stille偶聯(lián)聚合,分別得到三種共軛聚合物:PPyT-T、PPyT-(TT)和PPyT-ff(T-T)。研究結(jié)果表明,當(dāng)以二氟聯(lián)噻吩為推電子結(jié)構(gòu)單元時,由于氟原子的引入,導(dǎo)致聚合物PPyT-ff(T-T)有更寬的吸收光譜、更強的光吸收能力、更有強的分子間π-π堆積,故其PSC器件表現(xiàn)出最高的Jsc值和PCE值�；诰酆衔颬PyT-T/PC61BM、PPyT-(TT)/PC61BM和PPyT-ff(T-T)/PC61BM三個器件的光電轉(zhuǎn)換效率值分別為1.57%、2.09%和6.75%。
[Abstract]:In this paper, the working principle, device structure and factors affecting the performance of bulk Heterojunction (BHJ) polymer solar cell (PSCs) are briefly introduced. The research progress of polymer donor and receptor materials for PSCs in recent years is reviewed. In BHJ PSCs, the absorption spectrum, solubility, crystallization, carrier mobility, energy level matching and aggregation morphology of polymer electron donor materials all have an important influence on the photoelectric conversion efficiency (PCE) of the device. For this reason, by introducing thioalkyl thiophene side chain, introducing fluorine (F) atom and using [1, 2, 5] thiadiazol [3, 4 鈮，

本文編號：2497011