聚合物太陽能電池因具質(zhì)量輕、制備工藝簡(jiǎn)單、可通過溶液加工成柔性大面積器件等優(yōu)點(diǎn),受到了科學(xué)家的廣泛關(guān)注。本論文系統(tǒng)綜述了基于喹喔啉聚合物給體材料的研究進(jìn)展。針對(duì)當(dāng)前高效率聚合物給體材料種類較少、分子結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系尚不清楚等關(guān)鍵科學(xué)問題,我們?cè)O(shè)計(jì)合成了三類基于硫烷基化苯并二噻吩（BDTTS）和不同側(cè)鏈工程喹喔啉單元的D-A型聚合物給體材料,通過核磁共振氫譜、碳譜和飛行質(zhì)譜等方法對(duì)聚合物單體和目標(biāo)聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,利用熱力學(xué)分析、紫外光譜、循環(huán)伏安法和X-射線衍射研究了目標(biāo)材料的光物理性能。構(gòu)筑了基于富勒烯和非富勒烯電子受體的太陽能電池器件,篩選獲得了性能優(yōu)異的聚合物給體材料,揭示了材料分子結(jié)構(gòu)與其光伏性能之間的關(guān)系。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:（1）合成了兩個(gè)基于BDTTS和吲哚并[2,3-b]喹喔啉衍生物（IQ和2FIQ）單元的D-A型共軛聚合物PBDTTS-IQ和PBDTTS-2FIQ。系統(tǒng)研究了喹喔啉衍生物上取代基的改變對(duì)聚合物PBDTTS-IQ和PBDTTS-2FIQ的紫外吸收光譜、電化學(xué)能級(jí)、空穴遷移率以及光伏性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):與非氟化的PBDTTS-I... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

聚合物太陽能電池的工作原理

湘潭大學(xué)2020屆碩士學(xué)位論文21.2聚合物太陽能電池簡(jiǎn)介1.2.1聚合物太陽能電池的工作原理圖1.1聚合物太陽能電池的工作原理聚合物太陽能電池光電轉(zhuǎn)換的工作機(jī)理大致分為四個(gè)步驟[19]，如圖1.1所示：(1)激子的形成：給體材料吸收光子受到激發(fā)，形成激子。(2)激子的擴(kuò)散：給體中的激子向給體/受體(D/A)界面擴(kuò)散。(3)激子的解離：當(dāng)給體和受體的LUMO能量(ELUMO)之差大于激子結(jié)合能時(shí)，給體材料中的激子將電子擴(kuò)散到受體材料，同樣受體中的激子將空穴擴(kuò)散到給體，實(shí)現(xiàn)電荷分離。(4)激子的傳輸與收集:空穴和電子在光伏器件內(nèi)的電場(chǎng)的影響下分別沿給體和受體向正極和負(fù)極擴(kuò)散；最后分別被正極和負(fù)極收集產(chǎn)生光伏打效應(yīng)。1.2.2聚合物太陽能電池的基本參數(shù)圖1.2聚合物太陽能電池的電流-電壓(J-V)曲線圖1.2為聚合物太陽能電池器件的電流-電壓(J-V)特征曲線，從圖中可以獲得聚合物太陽能電池器件四個(gè)重要的性能參數(shù)：開路電壓(Voc)、短路電流(Jsc)、

湘潭大學(xué)2020屆碩士學(xué)位論文3填充因子(FF)和光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)。1)開路電壓：在標(biāo)準(zhǔn)光照條件下，當(dāng)太陽能電池的外電流斷開或電流為零時(shí)，太陽能電池器件所產(chǎn)生的電壓，既對(duì)應(yīng)的J-V曲線中橫坐標(biāo)為零時(shí)縱坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。2)短路電流：在標(biāo)準(zhǔn)光照條件下，當(dāng)太陽能電池外加電壓為零時(shí)，太陽能電池器件所產(chǎn)生的電流，既對(duì)應(yīng)的J-V曲線中縱坐標(biāo)為零時(shí)橫坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。3)填充因子：其定義為太陽能電池提供的最大輸出功率與開路電壓和短路電流乘積之比，F(xiàn)F=UmJm/VocJsc。4)光電轉(zhuǎn)換效率：其定義為聚合物太陽能電池的最大輸出功率Pm與入射光強(qiáng)度Pin之比PCE=Pm/Pin。換而言之，其值等于開路電壓，短路電路，填充因子三個(gè)數(shù)值的乘積與與入射光強(qiáng)度Pin之比。1.2.3聚合物太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)圖1.3聚合物太陽電池的器件結(jié)構(gòu)示意圖圖1.3為聚合物太陽能電池常見的器件結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)類似于三明治夾心結(jié)構(gòu)，其在兩個(gè)功函數(shù)不同電極間夾著有機(jī)光伏活性層,一個(gè)電極常以透明的ITO作為陽極,另一電極常以Al,Ca等金屬作為陰極。在活性層和電極之間,加入PEDOT:PSS,LiF,ZnO,TiOx等修飾層加以修飾�；钚詫幼鳛槠骷暮诵牟糠郑瑢�(duì)器件的光電轉(zhuǎn)換效率起決定性的作用，其由給體材料(D)和受體材料(A)二部分組成，常見的給體材料分為有機(jī)小分子給體材料或聚合物給體材料,而受體材料則分為富勒烯受體材料(PC61BM,PC71BM)和非富勒烯受體材料(ITIC,Y6等)。1.3聚合物太陽能電池材料1.3.1聚合物太陽能電池給體材料的分子設(shè)計(jì)策略

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]有機(jī)太陽電池效率突破18%（英文）[J]. 劉啟世,江宇凡,金柯,秦建強(qiáng),許金桂,李文婷,熊驥,劉金鳳,肖作,孫寬,楊上峰,張小濤,丁黎明.  Science Bulletin. 2020(04)
[2]Improving open-circuit voltage by a chlorinated polymer donor endows binary organic solar cells efficiencies over 17%[J]. Ruijie Ma,Tao Liu,Zhenghui Luo,Qing Guo,Yiqun Xiao,Yuzhong Chen,Xiaojun Li,Siwei Luo,Xinhui Lu,Maojie Zhang,Yongfang Li,He Yan.  Science China（Chemistry）. 2020(03)
[3]Rationally pairing photoactive materials for high-performance polymer solar cells with efficiency of 16.53%[J]. Yue Wu,Yan Zheng,Hang Yang,Chenkai Sun,Yingying Dong,Chaohua Cui,He Yan,Yongfang Li.  Science China（Chemistry）. 2020(02)
[4]Achieving over 16% efficiency for single-junction organic solar cells[J]. Baobing Fan,Difei Zhang,Meijing Li,Wenkai Zhong,Zhaomiyi Zeng,Lei Ying,Fei Huang,Yong Cao.  Science China（Chemistry）. 2019(06)



本文編號(hào)：3303477