本文選題：聚合物太陽能電池　切入點：三元聚合物給體材料　出處：《太原理工大學》2017年碩士論文

【摘要】：隨著人類對新能源需求不斷的增加,太陽能作為一種取之不盡的新型可再生能源,受到了社會各界的廣泛關注。為了更好的利用太陽能這種新型能源解決能源危機和生態(tài)環(huán)境問題,人們開始大力發(fā)展太陽能光伏產業(yè),特別是有機太陽能電池的發(fā)展。有機太陽能電池材料以其質量輕、成本低、原材料易于獲取等特點成為廣泛關注的對象。目前,已經報道的有機太陽能光電轉換效率已經超過了10%。但是有機太陽能電池的效率相比較無機半導體太陽能電池而言要低的多、壽命也短很多,從而導致無法廣泛應用。因此為了提高其效率,設計合成出綜合性能良好新型有機太陽能電池給體材料是一個關鍵的突破口。本論文結合三元聚合物結構一系列的優(yōu)點、DPP單元的優(yōu)點,以及其他單元比如噻吩、并噻吩、苯單元的優(yōu)點,意圖構建出以DPP為基礎單元的聚合物材料,并且是具有2A/D結構或具有1A/2D結構的三元聚合物,用這種結構類型的材料作為有機太陽能電池的給體材料,進而改善其各項性能,從而獲得高效率的OPVs。(1)本論文第三章,合成出四種三元聚合物給體材料PDPP-Th1-TT1、PDPP-Th2-TT1、PDPP-Th1-TT9和PDPP-Th9-TT1。這四種材料都以二酮吡咯并[3,4-c]吡咯(DPP)作為受體單元,噻吩(Th)和噻吩并噻吩(TT)作為給體單元,且結構為非規(guī)整聚合物。PDPP-Th1-TT1、PDPP-Th2-TT1、PDPP-Th1-TT9和PDPP-Th9-TT1具有較好的熱穩(wěn)定性,熱失重5%時的溫度分別為390.5°C、390.5°C、387°C和391°C。同時它們的吸收光譜較寬,在530 nm-950 nm范圍之間都有覆蓋。我們改變四種聚合物的給受體比例之后發(fā)現,聚合物的HOMO/LUMO能級也隨之發(fā)生改變。以這四種聚合物作為給體材料,PC70BM作為受體材料制備OPVs器件,其器件結構為ITO/PEDOT:PSS/Polymer:PCBM/LiF/Al。我們通過改變溶劑體系對器件進行優(yōu)化,找出最佳的溶劑體系。接著在最佳溶劑體系下進行不同給受體比例的優(yōu)化,找出最佳的給受體比例之后,又進行了不同退火溫度的優(yōu)化、添加劑以及蒸汽處理的優(yōu)化。最終使得有機聚合物太陽能電池的轉化效率達到3.47%。(2)論文第四章以兩種不同側鏈的二酮吡咯并[3,4-c]吡咯(DPP)作為受體單元,噻吩并噻吩(TT)作為給體單元通過Stille偶聯聚合反應合成兩種非規(guī)整的三元聚合物給體材料,PDPP-TT1-DPP1和PDPP-TT1-DPP2,然后分別從光學性能、熱性能、電化學性能對兩種材料進行測試分析。通過改變給受體比例,我們成功拓寬了兩種聚合物材料的吸收光譜,光譜范圍在600-1000 nm之間。聚合物熱失重為5%的溫度范圍在380-400°C之間,具有良好的熱穩(wěn)定性。并且該類聚合物具有較低的HOMO能級,是一類性能優(yōu)異的有機聚合物太陽能電池給體材料。(3)論文第五章以兩種不同側鏈的二酮吡咯并[3,4-c]吡咯(DPP)作為受體單元,苯(B)作為給體單元改變給受體比例,通過Stille偶聯聚合反應合成兩種非規(guī)整的三元聚合物給體材料,PDPP-B1-DPP1和PDPP-B1-DPP2。分別從光學性能、熱性能、電化學性能對兩種材料進行測試分析。我們發(fā)現兩種聚合物材料在600-1000 nm之間有很明顯的吸收帶,聚合物材料熱失重為5%的溫度分別為382.67°C、和385.33°C,并且該類聚合物也具有較低的HOMO能級,在各項性能方面,符合制備有機太陽能電池器件的條件。
[Abstract]:With the increasing demand for new energy, solar energy as a renewable energy inexhaustible, has attracted wide attention from all walks of life. In order to solve the energy crisis and environmental problems by using this new solar energy better, people began to vigorously develop solar photovoltaic industry, especially the development of organic solar cells, organic solar cell materials. With its light weight, low cost, easy access to raw materials and other characteristics become the object of widespread concern. At present, organic solar photoelectric conversion efficiency has been reported to have more than 10%. but the efficiency of organic solar cells compared to inorganic semiconductor solar cells is low, life is also very short, resulting in so it can not be widely used. In order to improve the efficiency of the design, synthesis of good comprehensive properties of novel organic solar cell donor material A key breakthrough. This paper combines the advantages of three yuan polymer structure a series of advantages of DPP units, and other units such as thiophene, benzene and thiophene, advantages of unit, the intention to build a DPP polymer basic unit, and is a 2A/D structure or three yuan polymer with 1A/2D structure, with the this type of construction materials as organic solar cell material, thereby improving its performance, thus achieving a high efficiency of OPVs. (1) the third chapter of this thesis, synthesis of four kinds of polymer materials to three yuan PDPP-Th1-TT1, PDPP-Th2-TT1, PDPP-Th1-TT9 and PDPP-Th9-TT1. of the four materials in two and [3,4-c] (DPP pyrrole pyrrole ketone as the acceptor unit), thiophene (Th) and thienothiophene (TT) as the donor unit, and the structure is non regular polymer.PDPP-Th1-TT1, PDPP-Th2-TT1, PDPP-Th1-TT9 and PDPP-Th9-TT1 had better The thermal stability, thermal weight loss of 5% temperature was 390.5 ~ C, 390.5 ~ C, 387 ~ C and 391 ~ C. and their absorption spectrum is wide, are covered in the 530 nm-950 range of nm. We change four kinds of polymers to receptors found that the proportion of HOMO/LUMO level, with the occurrence of polymers in order to change. The four kinds of polymer as donor materials, PC70BM as the receptor material for the preparation of OPVs devices, the device structure of ITO/PEDOT:PSS/Polymer:PCBM/LiF/Al. by changing the solvent system of the device is optimized, to find out the best solvent system. Then optimize the different receptor in the proportion of the best solvent system, then to find the best proportion of receptor also, optimize the different annealing temperature, additives and optimization of steam treatment. The conversion efficiency of polymer solar cells reached 3.47%. (2) in Chapter fourth to two Different side chain ketone two pyrrolo [3,4-c] pyrrole (DPP) as the acceptor unit, thienothiophene (TT) as the three element polymer donor unit reaction synthesis of two kinds of non structured by Stille coupling polymerization material, PDPP-TT1-DPP1 and PDPP-TT1-DPP2, and then from the optical properties, thermal properties, electrochemical properties of two kinds of the material was tested and analyzed. By changing the ratio of success to the receptor, we broaden the absorption spectra of two kinds of polymer materials, the spectral range between 600-1000 nm. The polymer TG for 5% in the temperature range between 380-400 DEG C, has good thermal stability. And the polymer has low HOMO energy levels, is an organic polymer solar cell is a class of high performance material. (3) the fifth chapter to the two different side chain ketone two pyrrolo [3,4-c] pyrrole (DPP) as the acceptor unit, benzene (B) as a unit to change The proportion of three yuan to the receptor, synthesis of two kinds of non structured polymers by Stille coupling polymerization to the body material, PDPP-B1-DPP1 and PDPP-B1-DPP2. respectively from the optical properties, thermal properties, electrochemical properties of two kinds of materials were tested and analyzed. We found that two kinds of polymer materials have obvious absorption band at 600-1000 nm, Tg polymer materials the temperature of 5% DEG C and 382.67 respectively, 385.33 ~ C, and the polymer has low HOMO energy levels, performance in various aspects, meet the conditions of the preparation of organic solar cell devices.

【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM914.4

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本文編號：1670470