收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

新型共轭聚合物光伏材料的设计合成及光伏特性研究

钱德平  
【摘要】:聚合物太阳电池因其具有制备工艺简单、重量轻、易制备大面积柔性器件等优点而被广泛关注。由共轭聚合物给体与富勒烯共混而成的本体异质结结构是聚合物太阳电池中应用最成功的器件结构,共轭聚合物在该体系中起着吸收太阳光,传输空穴等作用,是决定太阳电池性能的关键材料。本论文的主要工作是基于萘并[2,3-c]噻吩-4,9-二酮(NTD)和苯并[1,2-c:4,5-c']二噻吩-4,8-二酮(BDD)单元设计并合成出新型的聚合物给体材料。 主要工作内容摘要如下: 1、我们将噻吩并吡咯二酮(TPD)单元的氮原子换成了苯环,以提高该单元的平面性,合成出了萘并[2,3-c]噻吩-4,9--酮(NTD)受体单元。基于该受体单元,我们设计并合成了四种共轭聚合物P1-P4。其中,P1在300-700nnm范围内有较宽的吸收,较低的HOMO能级及较好的π-π堆积,表现出最好的性能。基于P1:PC61BM所制备的器件获得了1V的开路电压,能量转换效率最高可达4.24%。 2、为了减小噻吩桥上烷基链对主链平面性的影响,以进一步提高聚合物P1的性能,我们改变了噻吩桥上烷基侧链的位置。合成出了一种新的受体单元,苯并[1,2-c:4,5-c']二噻吩-4,8-二酮(BDD)。并基于BDT和BDD单元合成了聚合物P6。因具有很好的分子平面性,P6在溶液中表现出很强的聚集现象,并且该溶液聚集程度依赖于温度变化。基于P6:PC61BM为活性层的聚合物太阳电池,其VOC、JSC、 FF分别为0.85V、11.85mA/cm2.65.3%,能量转换效率高达6.58%。 3、聚合物在溶液中聚集是一种非常重要的物理现象,它可以对薄膜的形貌产生影响。大量的实验已经证明溶液中聚合物的聚集状态在旋涂过程中可以被保留并存在于薄膜中进而影响薄膜的形貌。由于P6在溶液中表现出很强的聚集,并且在溶液加热到100℃时聚集现象消失,因此,我们制备了A、B两组器件,其中,用于制备活性层的溶液分别在30℃(A)和90℃(B)两个温度下搅拌均匀。器件B的能量转换效率要比器件A低30%。通过对两组器件的薄膜形貌研究,我们发现,器件B活性层中的聚集体尺寸要大于器件A中的聚集体,因而导致较低的开路电压和填充因子。这一工作为揭示共混膜形貌与溶液加工温度之间的关系提供了一种很好的途径。 4、规整的聚噻吩类衍生物因较好的结晶性能而具有高的电荷迁移率,并被人们广泛研究。但其较高的HOMO能级和较窄的吸收导致较低的开路电压和短路电流。为了解决这一难题,我们基于BDD单元采用D-A共聚的方式合成了四种聚噻吩类衍生物。BDD单元的强吸电子能力成功的降低了聚合物的HOMO能级和带隙宽度。而且,四种聚合物都具有很好的结晶性能。其中,P10显示出了最好的光伏性能,基于P10:PC70BM的光伏器件效率达到了6.64%,VOC、JSC、FF分别为0.84V、11.20mA/cm2、70.6%。 5、为了研究交联型聚合物对本体异质结器件活性层形貌及器件热稳定性的影响,我们合成了带有溴基团的光交联型D-A共聚物:P13、P14。基于P13或P14的聚合物太阳电池器件的初始效率与基于无交联基团的聚合物的光伏器件相当。P13与P14经紫外处理后,其烷基链末端的溴基团会脱去并发生交联,经交联后的聚合物薄膜具有很好的抗溶剂性。我们基于交联型和非交联型的聚合物分别制备了光伏器件,经热退火24小时后,基于非交联型聚合物的器件效率下降了60%,而经交联后的器件则只下降了40%,这说明聚合物交联能有效提高器件的热稳定性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 刘承美,宋建涛,胡富贞;感光性可溶共轭聚合物聚对苯的合成[J];华中科技大学学报(自然科学版);2004年05期
2 许怡赦,陈国鼎,周金运;电化学处理对Π共轭聚合物阳极特性的改善[J];广东工业大学学报;2004年03期
3 牛俊峰;杨志祥;黄光荣;曾翎;;聚苯撑乙炔共轭聚合物的合成及光电性能[J];浙江科技学院学报;2006年02期
4 张宝明;徐晶晶;董爱娟;;荧光共轭聚合物的荧光机理研究[J];科技视界;2012年28期
5 海杰峰;尹良敏;唐卫华;;基于噻唑并噻唑结构的共轭聚合物太阳能电池材料的合成与表征[J];中国科技论文;2014年02期
6 潘月琴;王潇漾;潘喆;李永玺;李超;陈彧;;D-π-A型共轭聚合物的合成及其光伏性能[J];功能高分子学报;2014年02期
7 张玉华;刘文;刘德胜;;有机共轭聚合物材料中的齐纳隧穿[J];济南大学学报(自然科学版);2009年04期
8 周详,胡承正;共轭聚合物中π电子行为及滑移平面对称性[J];低温物理学报;2000年06期
9 邓云峰;鲍程;田洪坤;谢志元;耿延候;;含二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]氧膦杂环戊二烯共轭聚合物的合成及其在薄膜晶体管和体异质结太阳能电池中的应用[J];高分子学报;2013年05期
10 谢德民,谢忠巍,王荣顺;共轭聚合物的电学性质及其应用[J];功能材料;1995年02期
11 向梅;贾振红;吕小毅;钟福如;;新型共轭聚合物PDABTh/PS复合膜的光学三阶非线性研究[J];光电子.激光;2011年08期
12 ;华北电力大学谭占鳌教授课题组在聚合物太阳电池电极界面研究方面取得新进展[J];华北电力大学学报(社会科学版);2014年03期
13 彭月明;王学业;王暖庆;郑小燕;张迎;;苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩的共轭聚合物光伏材料的能隙的理论研究(英文)[J];计算机与应用化学;2010年06期
14 周健伟;覃东欢;罗潺;曹镛;;无机纳米晶-共轭聚合物异质结光电池研究进展[J];化学通报;2006年05期
15 李彬;杨彩霞;夏养君;;窄带隙共轭聚合物/富勒烯衍生物光探测器件的研究[J];广州化工;2011年07期
16 秦瑞平;宋桂林;蒋玉荣;薄志山;;平面型给-受体共轭聚合物的合成及在体异质结聚合物太阳能电池中的应用[J];高等学校化学学报;2012年04期
17 孙忠月;李盛彪;王兢;程丽;;共轭聚合物/纳米晶太阳能电池研究进展[J];华中师范大学研究生学报;2009年03期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王树;;共轭聚合物的生物识别与传感研究[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
2 胡玉琴;肖毅;黄红梅;尹笃林;肖小明;;新型荧光共轭聚合物的合成及光学性能的研究[A];第十届中国化学会分析化学年会暨第十届全国原子光谱学术会议论文摘要集[C];2009年
3 陈仕艳;应燕君;王华平;;新型给受体结构的共轭聚合物的合成及光电性能[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年
4 路胜利;曹镛;;新型乙烯撑和乙炔撑给体与受体交替共轭聚合物的光伏性能研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
5 马於光;;共轭聚合物中的结构缺陷研究[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2007年
6 王立冬;陆丹;马於光;;纳米SiO_2/共轭聚合物复合物结构及光学性质[A];2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2007年
7 张文思;路萍;马於光;;微波辅助高质量共轭聚合物合成[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
8 张磊;崔元臣;;含联苯共轭聚合物的合成[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
9 陈亚刚;田洪坤;耿延候;王佛松;;基于含N、S稠环芳香化合物的共轭聚合物的合成、表征及其在有机薄膜晶体管中的应用[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
10 彭强;;共轭聚合物材料的设计合成及其光电性能研究[A];中国化学会第28届学术年会第11分会场摘要集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曾文南;聚芳烃二炔类水溶性共轭聚合物的合成及其在传感器中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
2 冯继昌;荧光共轭聚合物的合成、表征及荧光传感特性[D];浙江大学;2010年
3 张志勇;分子刷型水溶性共轭聚合物的合成、表征与传感应用研究[D];南京邮电大学;2012年
4 王晓晨;新型共轭聚合物的合成及其光电性能研究[D];北京化工大学;2012年
5 曹康丽;新型共轭聚合物的设计、合成及光电性能研究[D];上海交通大学;2012年
6 胡超;新型给体—受体共轭聚合物的设计、合成及其有机光伏太阳能电池性能研究[D];上海交通大学;2013年
7 邱丰;星状共轭聚合物的单分子胶束化发光策略及其应用[D];上海交通大学;2013年
8 卢晓梅;水溶性共轭聚合物分子刷/无机纳米粒子复合材料的制备及生物应用[D];南京邮电大学;2013年
9 向刚;以苯并咪唑类衍生物为识别基的共轭聚合物的设计、合成及化学传感特征[D];华南理工大学;2013年
10 叶心亮;荧光共轭聚合物在化学传感器上的应用[D];华南理工大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王胜锋;阳离子荧光共轭聚合物的合成及其在生物分子检测中的应用[D];湖南大学;2008年
2 王安宁;荧光共轭聚合物合成及其在金属离子检测中的应用[D];南京大学;2011年
3 李江辉;吩噻嗪共轭聚合物的合成与性能表征[D];郑州大学;2007年
4 赵晓丽;一种放大荧光共轭聚合物的制备及应用研究[D];吉林大学;2008年
5 李东;水溶性荧光共轭聚合物的合成及其应用研究[D];吉林大学;2008年
6 古丽巴哈尔·达吾提;含苯并三氮唑单元的π共轭聚合物的合成与性能研究[D];新疆大学;2012年
7 雷艳丽;炔基取代的多色功能共轭聚合物的合成及衍生修饰[D];新疆大学;2013年
8 陈学文;新型苯并二杂环基共轭聚合物光伏材料的设计合成及应用[D];中南大学;2013年
9 唐雪艳;新型聚苯撑乙炔类共轭聚合物的合成以及荧光传感研究[D];湖南师范大学;2013年
10 胡玉琴;新型水溶性聚苯乙炔—吡啶类共轭聚合物的合成及荧光传感应用研究[D];湖南师范大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978