本文關(guān)鍵詞：N-型材料的合成及光伏性能研究

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【摘要】：有機(jī)太陽能電池具有成本低、重量輕、可彎曲、可溶液加工且可以大面積制備等優(yōu)點(diǎn),因此受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。近年來,有機(jī)太陽能電池發(fā)展迅速且取得了顯著的成果�；诰酆衔锝o體材料的單結(jié)太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)已經(jīng)超過12%,而基于小分子給體材料的單結(jié)太陽能電池也取得了超過11%的效率。相比于給體材料的迅速發(fā)展,受體材料則發(fā)展緩慢。高性能的給體和受體材料是有機(jī)太陽能電池的核心。設(shè)計合成擁有強(qiáng)而寬的吸收光譜、合適的電子能級、高且平衡的載流子遷移率的有機(jī)光伏材料仍是十分重要的任務(wù)。本論文以n-型材料的合成及表征為主,主要基于NDI、PDI、IDT、噻吩、并噻吩、三并噻吩、TVT、FVF等構(gòu)筑單元,設(shè)計、合成了一系列n-型聚合物和小分子,并研究了它們的熱學(xué)、光學(xué)及電化學(xué)性能,并以J51、J50、PTB7-Th等為聚合物給體材料,研究了聚合物太陽能電池的光伏性能,總結(jié)了其結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,為高效聚合物太陽能電池的設(shè)計、合成提供了一定的指導(dǎo)意義。本文的主要研究內(nèi)容包括:(1)以IDT和NDI分別為給體和受體單元合成了一種共軛聚合物P(IDT-NDI)受體,以J50、J51、PTB7-Th作為共軛聚合物給體,測定了全聚合物太陽能電池的光伏性能。其中基于P(IDT-NDI)和J51的器件光伏性能光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了 5.33%(Jsc= 9.55 mA/cm~2;V_(oc)= 0.93 V;FF= 0.603)。結(jié)果表明,活性層中給受體吸收互補(bǔ)和能級匹配對提高全聚合物太陽能電池的光伏性能具有十分重要的意義。(2)以NDI為受體單元,分別以噻吩、并噻吩和并三噻吩為給體單元合成了三種聚合物受體P(NDI-T)、P(NDI-TT)和P(NDI-TDT)。并以J51為聚合物給體,分別測定了三種全聚合物太陽能電池的光伏性能,其光電轉(zhuǎn)換效率分別是2.59%,3.70%和5.10%。結(jié)果表明,在以NDI為受體單元的D-A共聚物中,隨著給體單元中共平面的噻吩環(huán)數(shù)的增多,共軛聚合物受體的帶隙降低,吸收變寬,從而提高了全聚合物太陽能電池器件的光伏性能。(3)以NDI為受體單元,分別以TVT和FVF為給體單元合成了兩種共軛聚合物受體P(NDI-TVT)和P(NDI-FVF)。并以J51為共軛聚合物給體,分別測定了兩種全聚合物太陽能電池的光伏性能,其中,基于J51:P(NDI-TVT)的全聚合物太陽能電池的最高能量轉(zhuǎn)化效率為6.43%,而基于J51:P(NDI-FVF)的全聚合物太陽能電池的最高能量轉(zhuǎn)化效率為5.21%。(4)以NDI為受體單元,分別以聯(lián)二硒酚和二硒酚乙烯(SVS)為給體單元合成了兩種n-型共軛聚合物受體材料P(NDI-Se2)和P(NDI-SVS)。并以J61為p-型共軛聚合物給體,分別測定了兩種全聚合物太陽能電池的光伏性能,其中,基于J61:P(NDI-Se2)的全聚合物太陽能電池的最高能量轉(zhuǎn)化效率為2.30%,而基于J61:P(NDI-SVS)的全聚合物太陽能電池的最高能量轉(zhuǎn)化效率為1.20%。(5)以PDI和并[3,2-b]噻吩為原料,合成一種大平面的傒酰亞胺衍生物小分子(PDI-TT-PDI),并以PCE10為給體,以PDI-TT-PDI為受體,考查了不同給受體比例、添加劑含量、不同退火溫度對于器件效率的影響。結(jié)果表明,當(dāng)給受體質(zhì)量比為1:1.5,添加0.5%的DIO做添加劑,并在110℃熱退火30 min后得到最高的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)為3.57%。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O631;TM914.4

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