本文關(guān)鍵詞：有機(jī)發(fā)光二極管及太陽能電池中的界面調(diào)控

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【摘要】：有機(jī)電致發(fā)光二極管和太陽能電池是以有機(jī)半導(dǎo)體材料為核心的光電轉(zhuǎn)換器件,具有質(zhì)輕、柔性、成本低等優(yōu)點(diǎn)。無論是對于聚合物發(fā)光二極管還是太陽能電池,其體內(nèi)均存在著無機(jī)/有機(jī),有機(jī)/有機(jī),有機(jī)/金屬等各種類型的界面。研究表明,層與層之間的界面在器件的效率和壽命扮演著舉足輕重的作用。本文的研究工作主要是圍繞有機(jī)發(fā)光二極管和太陽能電池的陰極界面調(diào)控,和有機(jī)太陽能電池的給受體兩相界面調(diào)控展開的。關(guān)于陰極界面調(diào)控,合成了一類陰離子型共軛聚電解質(zhì)PFEOSO3Na,并將之成功地應(yīng)用到有機(jī)發(fā)光二極管和太陽能電池中,它可以有效地降低有機(jī)層和Al電極之間的界面勢壘,有利于電子的注入或者提取,從而顯著提升器件的效率。關(guān)于給受體兩相界面調(diào)控,向活性層中引入了兩親性兩嵌段聚合物P3HT-PEO和富勒烯衍生物PCB-C8oc這兩類界面兼容劑,利用它們與給受體之間的分子間相互作用,使之能夠分布在給受體的兩相界面上,降低兩相間的界面張力,從而穩(wěn)定活性層的形貌。本文具體研究內(nèi)容如下： 1)利用Suzuki偶聯(lián)設(shè)計(jì)并合成了3種基于聚芴主鏈結(jié)構(gòu)的水/醇溶性共軛聚合物PFEo、PFocSO3Na和PFEoSO3Na,并將它們作為陰極界面材料用于PFGreenB的PLED。通過對這類化合物的光學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)的分析,我們發(fā)現(xiàn)這類聚合物的紫外-可見吸收光譜、熒光發(fā)射光譜和能帶結(jié)構(gòu)主要是由共軛主鏈結(jié)構(gòu)決定的。通過和非共軛的醇溶性聚合物PEO的對比,發(fā)現(xiàn)聚芴共軛主鏈結(jié)構(gòu)的引入有利于增強(qiáng)界面層材料和疏水性PFGreenB發(fā)光層之間的粘附力,改善界面層材料的潤濕能力,有利于其在發(fā)光層上形成均勻的薄膜。通過對器件性能的分析,特別是PFocSO3Na/Al和PFEoSO3Na/Al器件效率的巨大差別,我們發(fā)現(xiàn)在陰離子共軛聚電解質(zhì)中,類PEO單元引入可以促進(jìn)離子遷移,使更多的反離子遷移至陰極界面,從而形成更強(qiáng)的界面偶極,顯著降低電子注入勢壘。 2)鑒于PFEOSO3Na在PLED器件中取得的良好效果,將PFEOSO3Na作為陰極界面修飾層用于有機(jī)太陽能電池中,研究了其對P3HT:PCBM、PCDTBT:PC7iBM、PCDTTT-C:PC71BM體系的器件效率的影響。還研究了PFEOSO3Na對導(dǎo)電襯底(ITO, AZO)和金屬(Au)功函的修飾,并制備了ITO/PFEOSO3Na作為陰極,PBDTTT-C:PC71BM為活性層的高效率的反式有機(jī)太陽能電池器件。同樣也將PFEOSO3Na用于平板結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池中,修飾PCBM和Al陰極界面,并取得了不錯的器件效果。 3)合成了分子結(jié)構(gòu)確定,且分子量分布窄(PDI=1.21)的兩親性兩嵌段聚合物P3HT-PEO,并將之作為兼容劑應(yīng)用到了P3HT:PCBM體系。發(fā)現(xiàn)P3HT-PEO的引入可以明顯提升器件的效率,同時由于P3HT-PEO與P3HT/PCBM之間的超分子相互作用,使P3HT-PEO分布在P3HT/PCBM兩相界面上,從而有效地降低兩相的界面張力,穩(wěn)定活性層的形貌,得到高效率且熱穩(wěn)定好的P3HT:PCBM太陽能電池器件。此外,將P3HT-PEO引入到P3HT:ICBA體系中,通過溶劑退火,使PEO鏈段在活性層表面富集,利用PEO鏈段在改變界面勢壘的功能,制備出高效的Al陰極器件。 4)通過對PCBM分子進(jìn)行修飾,將末端的OCH3替換為C8oc,合成了新型的富勒烯衍生物PCB-C8oc,它具有和PCBM相近的光學(xué)帶寬和能帶結(jié)構(gòu)。當(dāng)把它加入到P3HT:PCBM共混膜中,其末端的C8烷基鏈和噻吩單元上的C6烷基鏈有著較強(qiáng)的分子間相互作用,可以誘導(dǎo)P3HT鏈段結(jié)晶,從而提升未退火P3HT:PCBM器件的效率；同時由于其具有PCBM分子的主體結(jié)構(gòu),它可以分布在給受體的兩相界面上,降低兩相的界面張力,提升薄膜的熱穩(wěn)定性。故PCB-C8oc具有添加劑和兼容劑的雙重功能。此外,將PCB-C8oc添加到PTB7:PCBM的共混體系中,器件的效率和熱穩(wěn)定性均有所提升。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)發(fā)光二極管 有機(jī)太陽能電池 陰極界面 兩相界面 共軛聚電解質(zhì) 界面兼容劑
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN312.8;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-51
• 1.1 引言12-13
• 1.2 聚合物發(fā)光二極管及太陽能電池簡介13-18
• 1.2.1 聚合物發(fā)光二極管13-15
• 1.2.2 聚合物太陽能電池15-18
• 1.3 聚合物發(fā)光二極管及太陽能電池中的界面調(diào)控18-48
• 1.3.1 陽極界面修飾18-21
• 1.3.2 陰極界面修飾21-36
• 1.3.3 兩相界面修飾36-48
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容及意義48-51
• 2 聚芴類陰離子型陰極界面材料的合成及在PLED中應(yīng)用51-77
• 2.1 引言51-52
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分52-60
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器52-55
• 2.2.2 材料合成55-59
• 2.2.3 器件制備59-60
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論60-76
• 2.3.1 化學(xué)性質(zhì)研究60-64
• 2.3.2 器件性能研究64-76
• 2.4 本章小結(jié)76-77
• 3 PF_(EO)SO_3Na陰極界面材料在太陽能電池中的應(yīng)用77-97
• 3.1 引言77-78
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分78-80
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器78
• 3.2.2 器件制備78-80
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論80-95
• 3.3.1 PFEoSO_3Na在P3HT：PCBM中的應(yīng)用80-81
• 3.3.2 PFEoSO_3Na在LBG：PC_(71)BM中的應(yīng)用81-89
• 3.3.3 PFEoSO_3Na對襯底功函的調(diào)控及反式器件中的應(yīng)用89-94
• 3.3.4 PFEoSO_3Na在Perovskite/PCBM中的應(yīng)用94-95
• 3.4 本章小結(jié)95-97
• 4 P3HT-PEO兩相界面兼容劑在P3HT/PCBM體系中應(yīng)用97-122
• 4.1 引言97-98
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分98-101
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器98-99
• 4.2.2 材料合成99-100
• 4.2.3 器件制備100-101
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論101-121
• 4.3.1 化學(xué)性質(zhì)研究101-105
• 4.3.2 器件性能研究105-121
• 4.4 本章小結(jié)121-122
• 5 基于C60的兼容劑&添加劑在有機(jī)太陽能電池中的應(yīng)用122-142
• 5.1 引言122-123
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分123-126
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器123
• 5.2.2 材料合成123-125
• 5.2.3 器件制備125-126
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論126-140
• 5.3.1 化學(xué)性質(zhì)研究126-128
• 5.3.2 器件性能研究128-140
• 5.4 本章小結(jié)140-142
• 6 總結(jié)與展望142-145
• 致謝145-147
• 參考文獻(xiàn)147-164
• 附錄 攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的相關(guān)文章164-165

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本文編號：608948