相比于傳統(tǒng)的無機(jī)晶體硅電池和薄膜電池,有機(jī)太陽能電池(OPVs)因?yàn)槠渖a(chǎn)成本低,性能良好、制備工藝簡(jiǎn)單和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而受人們關(guān)注。實(shí)際上,OPVs雖然經(jīng)過了幾十年的發(fā)展,但到目前為止,其無論是在光電轉(zhuǎn)化效率還是穩(wěn)定性方面仍然比不上傳統(tǒng)的太陽能電池。為了進(jìn)一步提高性能,達(dá)到更高的光電轉(zhuǎn)化效率,研究者們需要設(shè)計(jì)并優(yōu)化材料和器件的結(jié)構(gòu),更加深入地了解它們之間的關(guān)系,以早日實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。卟啉、吩噻嗪、吡咯并吡咯二酮(DPP)、苯并噻二唑(BT)等都是廣泛用于光電領(lǐng)域的有機(jī)材料,它們因具備良好的性能而受到人們關(guān)注。卟啉具有一個(gè)大的共軛結(jié)構(gòu),平面性好,電子轉(zhuǎn)移能力強(qiáng),S帶(400-500 nm)和Q帶(600-700nm)光譜響應(yīng)強(qiáng)等特點(diǎn),本文引入吩噻嗪以拓寬卟啉Q帶和S帶的光譜吸收;DPP成膜性好,平面性也較好,有利于拓寬材料的光譜響應(yīng)范圍;苯并噻二唑具有強(qiáng)的吸電子能力,有利于擴(kuò)寬450-700 nm之間的吸收光譜,且能使光譜發(fā)生紅移;本文設(shè)計(jì)合成以這三種基團(tuán)為基礎(chǔ)的有機(jī)小分子和聚合物并將其應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池,具體開展了如下幾個(gè)方面的工作:1.設(shè)計(jì)合成了三個(gè)以卟啉與吡咯并吡咯二酮(DPP)為骨架的聚合物GP(1-3),這三個(gè)聚合物表現(xiàn)出良好的成膜性和溶解性。DPP基團(tuán)的嵌入使聚合物的吸收光譜拓寬至近紅外區(qū)域;卟啉上meso位烷基取代基的不同,能有效影響材料光譜吸收范圍、帶隙以及熱穩(wěn)定性。2.設(shè)計(jì)合成了一系列基于卟啉與吩噻嗪衍生物的有機(jī)小分子GM(1-3)。通過引入烷氧鏈和叉鏈,使得這些有機(jī)小分子都具有良好的溶解性;吩噻嗪的引入在一定程度上擴(kuò)寬了卟啉類材料的吸收光譜,在400-600 nm和650-750 nm表現(xiàn)出了較強(qiáng)的光吸收;同時(shí),該系列小分子失重5%時(shí)的溫度(Td)均在300℃以上,具有良好的熱穩(wěn)定性,具有成為光伏材料的潛力。3.設(shè)計(jì)合成了一系列基于卟啉與苯并噻二唑衍生物的有機(jī)小分子GM(4-6)。通過改變卟啉meso位上取代基的烷基鏈來研究其對(duì)小分子性能的影響。該系列小分子在400-550 nm、600-750 nm之間表現(xiàn)出了較強(qiáng)的光譜吸收;同時(shí),該系列小分子失重5%時(shí)的溫度(Td)均在330℃以上,具有較好的熱穩(wěn)定性,具有成為光伏材料的潛力。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：O626;TM914.4
【部分圖文】：

常規(guī)結(jié)構(gòu)(a)和反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(b)有機(jī)太陽能結(jié)構(gòu)示意圖

圖 1.3 雙層異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池的工作原理示意圖1.5 有機(jī)太陽能電池器件的主要參數(shù)路電壓（Voc）太陽能電池在開路條件下的輸出電壓稱為開路電壓[19]。以本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)機(jī)太陽能電池為例，Scharber 提出了經(jīng)驗(yàn)公式：Voc=（1/q）（HOMOD-LUMO0.3 由此，我們得知：在有機(jī)太陽能電池中，Voc由給體材料、受體材料以及電極間的功函數(shù)之間的差值決定[20]。在不考慮偶極子影響的條件下，（1/HOMOD-LUMOA）可作為 Voc的上限，所以材料的 HOMO 和 LUMO 必須匹能夠得到好的開路電壓。路電流 （Isc）太陽能電池在短路條件下的電流稱為短路電流。短路電流與給/受體材料的吸收能力、界面修飾等有關(guān)[21]。通常我們習(xí)慣用短路電流密度（Jsc）來表

圖 1.5 電子給體材料1.6.2 電子受體材料以本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池為例，通常是以富勒烯衍生物作為受體：特殊的球狀結(jié)構(gòu)、有效的電負(fù)性使其有高的電子俘獲率、容易與給體材料形成相分離等都是富勒烯衍生物的優(yōu)勢(shì)[41-42]，而富勒烯衍生物作為受體也有缺陷：在可見光區(qū)域光譜吸收弱[43]，成本高且形態(tài)穩(wěn)定性較差[44-45]，隨著時(shí)間的推移，富勒烯容易出現(xiàn)擴(kuò)散、自聚集等，在受熱的情況下表現(xiàn)更明顯[46-47]，這使它的發(fā)展應(yīng)用受到了極大地限制。但是在有機(jī)太陽能電池中，受體材料與給體材料都是構(gòu)成有機(jī)太陽能電池不可或缺的組成部分，它們的作用是同等重要的。當(dāng)前的受體材料主要還是富勒烯的衍生物：PC60BM、PC71BM 等都是較好地電子受體，而PC60BM/P3HT 體系更是成為了經(jīng)典[48]。近年來，人們都在積極地探索研究新型的非富勒烯有機(jī)小分子作為受體材料[49-51]：它們的 HOMO 和 LUMO 容易通過化
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 魏世源;孫偉海;陳志堅(jiān);肖立新;;太陽能電池效率分析[J];科學(xué)通報(bào);2016年16期

2 狄丹;;太陽能光伏發(fā)電是理想的可再生能源[J];華中電力;2008年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 陳大正;反轉(zhuǎn)有機(jī)太陽能電池器件優(yōu)化與穩(wěn)定性研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2839514