本文選題：有機(jī)太陽能電池 + 共軛聚合物��； 參考：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：有機(jī)太陽能電池是一種極具應(yīng)用潛力的光伏技術(shù),因其具備重量輕、可實現(xiàn)柔性電池、可通過低成本制備大面積器件等突出優(yōu)點,成為近年來國內(nèi)外光電材料領(lǐng)域的前沿和熱點,并得到了十分迅速的發(fā)展。當(dāng)前,為使有機(jī)太陽能電池的應(yīng)用邁向?qū)嵱没?進(jìn)一步提高其能量轉(zhuǎn)換效率仍然是領(lǐng)域內(nèi)研究的焦點問題。本文主要基于對光伏材料結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的理解,設(shè)計并合成了一系列新型的高效率共軛聚合物給體材料,同時針對其分子與聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、活性層微觀形貌以及光伏性能之間的關(guān)系展開了探索性研究。主要創(chuàng)新點與結(jié)果包括：1.通過向PBDTTT類聚合物的側(cè)鏈中引入呋喃、噻吩和硒酚三種共軛基團(tuán),設(shè)計并合成了一系列聚合物光伏給體材料(PBDTTT-EFF, PBDTTT-EFT和PBDTTT-EFS),并討論了上述三種共軛側(cè)鏈對聚合物光伏性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),在BDT單元中引入不同的共軛側(cè)鏈可以有效調(diào)節(jié)聚合物的分子能級,而且由于側(cè)鏈與主鏈間不同的位阻效應(yīng),使它們與受體材料共混后的活性層形貌也有所變化,從而對相應(yīng)光伏器件的能量轉(zhuǎn)換效率有較大的影響；基于上述研究結(jié)果,針對其中光伏性能最佳的聚合物PBDTTT-EFT,我們分別采用正辛基、異辛基與3,7-二甲基辛基,細(xì)致地修飾了其柔性烷基側(cè)鏈并合成了聚合物PBDT-TS1、PBDT-TS2與PBDT-TS3。研究表明,三種烷基側(cè)鏈對聚合物的吸收光譜和分子能級幾乎沒有影響,然而因為直線型的正辛基在三者中具有最小的位阻效應(yīng),使得聚合物PBDT-TS1具有最強(qiáng)的分子間π-π作用力與最有序的分子排列。在平行的光伏器件制備條件下,基于PBDT-TS1的光伏器件可獲得9.52%的能量轉(zhuǎn)換效率；經(jīng)過對光伏器件制備工藝的細(xì)致優(yōu)化,基于PBDT-TS1:PCBM活性層體系,可以在簡單正向結(jié)構(gòu)的光伏器件中獲得10.2%的能量轉(zhuǎn)換效率,并得到了中國計量科學(xué)研究院的有效認(rèn)證。2.對以DPP和BDT單元為主鏈的共軛聚合物的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),采用兩步法首先向 BDT單元的側(cè)鏈中引入二維共軛結(jié)構(gòu)，，隨后在主鏈共軛單元中采用用平面性更強(qiáng)的并噻吩取代DPP單元中的單噻吩,設(shè)計并合成了三種光伏給體材料PBDPP-1, PBDPP-2和PBDPP-3。通過對聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)的兩步優(yōu)化后,活性層共混薄膜中的聚集尺寸由百納米以上降低至數(shù)十納米級別,隨后進(jìn)一步降低至納米級,大大提高了激子傳輸效率。相應(yīng)光伏器件的能量轉(zhuǎn)換效率由2.83%逐步提升至4.23%和6.18%,為DPP類聚合物光伏材料的設(shè)計提供了借鑒,同時也有力地證明了從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度出發(fā)來調(diào)節(jié)活性層中聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的方法行之有效。3.采用兩種方法分別對兩種共軛聚合物(PBT4T和PBDD4T)鏈構(gòu)象的穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)制,設(shè)計合成了兩個新型聚合物光伏材料(PDTBT-TT和PBDD4T-2F),研究了聚合物共軛主鏈的構(gòu)象與其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、以及光伏性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明,采用將相鄰噻吩進(jìn)行稠合或在其相鄰的兩個β-位引入氟原子的方法,將可以有效提升其鏈構(gòu)象的穩(wěn)定性,通過上述兩種分子設(shè)計方法,相應(yīng)光伏器件的能量轉(zhuǎn)換效率也得到了有效提升,基于PDTBT-TT或PBDD4T-2F為給體的太陽能電池光伏效率均達(dá)到9%以上其中,PBDD4T-2F是一種具有較寬帶隙的高效率聚合物光伏材料,與富勒烯或非富有勒烯受體材料共混均可以獲得優(yōu)良的光伏性能,具備用于高效率疊層電池制備的潛力�；赑BDD4T-2F:PCBM制備的疊層電池已獲得12%以上的能量轉(zhuǎn)換效率。
[Abstract]:......
【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

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2081729