收藏本站
《中国科学技术大学》 2019年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

聚合物太阳能电池的绿色溶剂加工和稳定性研究

辛月  
【摘要】:当今社会,化石能源日益枯竭,环境污染问题也日益严重。将太阳能转化为电能的聚合物太阳能电池(PSCs)因具有质量轻、成本低、柔性、可溶液加工等优点而受到人们广泛的关注。高光电转化效率、可环保溶剂加工和长期稳定性是其实现产业化应用的三大前提条件。近十几年来,随着材料种类和器件结构的发展,器件效率已经接近产业化应用水平。但其加工成膜过程基本只能采用毒性较高的卤代溶剂,器件长期稳定性也达不到应用标准,这两点严重阻碍了 PSCs的产业化进程。共轭聚合物溶解性差导致其加工过程不能使用非卤溶剂。器件的热稳定性差是由小分子结晶和聚集所带来的形貌恶化引起的。本论文从材料设计的角度出发,一方面通过优化共轭聚合物的主链结构改善了聚合物材料在非卤溶剂中的溶解性,使相应的活性层能够使用非卤溶剂加工。另一方面,通过改进小分子受体的分子结构优化了其在活性层中的结晶聚集行为,提升活性层的形貌稳定性。主要创新点如下:为了实现PSCs的非卤溶剂加工,我们设计合成出一种新型的以D-π-A或D-A-π为重复单元的无规共轭聚合物(P1T)。与基于D-A和D-π-A-π结构的传统共轭聚合物相比,P1T聚合物在非卤溶剂中具有更高的溶解性,满足了器件非卤溶剂加工的条件。当采用非卤溶剂苯甲醚进行器件加工时,P1T器件的光电转化效率为8.53%,比其用卤代溶剂加工时的器件效率更高,同时也是该聚合物体系的最高器件效率之一。此外,P1T器件在活性层具有较高厚度(230 nm)时获得了最佳的器件性能,材料批次间的差异对器件光伏性能影响很小,意味着P1T适用于溶液印刷成膜加工。研究结果表明,这种聚合物结构改性方法有助于开发可绿色溶剂加工的PSCs。为了建立小分子的分子结构与PSCs热稳定性的关系,我们通过在ITIC的端基上引入氟原子合成了 ITIC-4F材料并研究了小分子受体的端基氟取代对活性层热稳定性的影响。与ITIC器件相比,基于ITIC-4F的器件具有更高的光电转化效率,然而其热稳定性较差(将活性层置于150℃热台上退火24h,ITIC-4F器件的光伏效率下降高达39%,而ITIC器件的光伏效率仅下降4%)。该结果表明在小分子的端基引入氟原子后不利于器件的热稳定性。为了改善基于ITIC器件的热稳定性,我们改变了 ITIC上氟原子的取代位置,将氟原子引入到ITIC侧链苯环上,通过改变氟原子在侧链苯环上的取代位点调控了 PSCs的热稳定性。两种侧链氟取代的小分子受体材料分别为oF-ITIC和mF-ITIC。相比于ITIC器件,mF-ITIC器件的光伏性能和热稳定性均明显提升;oF-ITIC器件的光伏性能虽然也有所提升,但其热稳定性明显变差(将活性层置于150℃热台上退火96 h,mF-ITIC、ITIC和oF-ITIC器件的光伏效率分别下降了 8%、18%和33%)。研究表明,非富勒烯小分子受体的结晶性和给/受体材料间的相容性协同影响了活性层的热稳定性,该研究结果为实现高效、稳定的PSCs提供了一种新的分子设计策略。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TQ317;TM914.4

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李大伟;高冬;王波;王艳景;邢成芬;;基于共轭聚合物的二氧化碳检测及吸附研究进展[J];河北工业大学学报;2018年06期
2 叶心亮;邵丹;李向峰;;共轭聚合物传感器研究进展[J];化工新型材料;2019年05期
3 尹伟东;马拉毛草;马恒昌;;荧光共轭聚合物的合成策略及其应用研究[J];功能材料;2019年11期
4 崔倩玲;叶荣琴;李立东;;基于能量转移机理的水溶性荧光共轭聚合物体系的设计制备及应用[J];影像科学与光化学;2017年04期
5 李鸣凤;;荧光共轭聚合物传感器研究进展[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2013年04期
6 李慧;梁小蕊;王坤;周鸣宇;;有机共轭聚合物概述[J];科技创新导报;2012年05期
7 马云龙;生瑜;;水溶性共轭聚合物在荧光传感器上的应用进展[J];广州化工;2012年07期
8 陈彦国;徐保明;何治柯;谢卫红;;水溶性荧光共轭聚合物在检测出血热病毒中的应用[J];化学学报;2011年11期
9 王振杰;聂登攀;耿家锐;李志远;何灏;;导电共轭聚合物的制备与应用[J];工程塑料应用;2010年05期
10 支俊格;徐秀玲;申进波;赵玮;佟斌;董宇平;;荧光共轭聚合物在生物大分子检测中的应用[J];化学进展;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 韩艳春;;共轭聚合物取向薄膜:共轭长度和构象转变影响[A];2016年两岸三地高分子液晶态与超分子有序结构学术研讨会(暨第十四届全国高分子液晶态与超分子有序结构学术论文报告会)论文集——主题D:液晶高分子的电-光-磁效应、器件以及应用[C];2016年
2 冯福德;;共轭聚合物增强的核酸输送研究[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题F:生物医用高分子[C];2017年
3 何睦;田洪坤;童辉;耿延候;;基于二噻吩并萘并二噻吩的给-受体型共轭聚合物的设计、合成与表征[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十一分会:π-共轭材料[C];2016年
4 文静;马海波;;二维有机共轭聚合物的电子结构特性[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十一分会:π-共轭材料[C];2016年
5 崔倩玲;王晓瑜;李立东;;新型水溶性荧光共轭聚合物的设计制备及其应用[A];2016年全国高分子材料科学与工程研讨会论文摘要集[C];2016年
6 张皓;姚惠峰;叶龙;侯剑辉;;一种新型二维共轭聚合物光伏性能的表征[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题H 能源高分子[C];2015年
7 钟文楷;徐进;应磊;杨伟;曹镛;;桥单元调节提高基于吲哚[3,2-b]咔唑-二氟苯并[d][1,2,3]三唑共轭聚合物的光电性能[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题G 光电功能高分子[C];2015年
8 丁光柱;刘结平;张秀梅;金倩倩;陈晴;李朋;;共轭聚合物图案化的构筑及其应用[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题G 光电功能高分子[C];2015年
9 张余宝;高翔;李军丽;屠国力;;含氯共轭聚合物的合成与应用[A];2015年第十四届全国应用化学年会论文集(上)[C];2015年
10 张海磊;武永刚;巴信武;;新型氟化硼络合共轭聚合物的合成和表征[A];2014年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(上册)[C];2014年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 记者 白毅;新型光学探针助力癌症诊治[N];中国医药报;2015年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 辛月;聚合物太阳能电池的绿色溶剂加工和稳定性研究[D];中国科学技术大学;2019年
2 王学朋;D-A型共轭聚合物的结构调控及其光催化产氢性能构效关系研究[D];华中农业大学;2019年
3 李杰;含特异性打断链接的水溶性共轭聚合物的合成、表征及其生物应用[D];南京邮电大学;2017年
4 翁超;D-A型共轭聚合物光伏材料的合成和性能及器件优化研究[D];湘潭大学;2018年
5 王子昱;基于AIE活性多组分功能高分子的设计、合成及应用性质研究[D];南京大学;2018年
6 杨语;有机荧光纳米材料的设计制备及其应用[D];北京科技大学;2019年
7 胡洪超;偶氮苯共轭聚合物的合成及其在聚合物太阳能电池中的应用研究[D];西北工业大学;2016年
8 陈昊彬;共轭聚合物纳米材料在生物影像检测与肿瘤诊疗中的应用[D];吉林大学;2018年
9 刘丰;含芘类梯型共轭齐聚物和受体型梯型共轭聚合物的设计合成[D];河北大学;2018年
10 唐石云;阳离子共轭聚合物在生物传感中的研究和应用[D];湖南大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王磊;基于异构体纯1,7-二溴苝酰亚胺共轭聚合物的设计、合成及光伏应用[D];南昌大学;2019年
2 杨震元;共轭聚合物纳米材料制备及其在胞内pH成像和光动力抗菌的应用研究[D];南京邮电大学;2019年
3 肖杰;共轭聚合物/改性二氧化钛复合材料的制备及其光催化制氢性能研究[D];华中农业大学;2019年
4 陈博;D-A型共轭聚合物的功能化修饰及其增强光催化制氢性能研究[D];华中农业大学;2019年
5 占辰;介孔二氧化硅包封共轭聚合物荧光探针的制备及近红外第二窗口活体成像应用[D];南京邮电大学;2019年
6 陈太鑫;基于ADMET聚合的四苯基乙烯类聚合物的制备与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
7 李康;烷氧基取代的酰亚胺并苯并三唑共轭聚合物的合成及光伏性能[D];华南理工大学;2019年
8 苗亚伟;D-A型共轭聚合物荧光/光声双模态成像及光热性能研究[D];青岛大学;2019年
9 郑旋芳;正电荷荧光共轭聚合物的制备及基因转染研究[D];湖南师范大学;2017年
10 石莹;共轭聚合物单分子能量转移动态演化过程研究[D];山西大学;2019年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026