【摘要】：有機(jī)太陽電池(OSCs)作為解決環(huán)境污染、能源危機(jī)的有效途徑之一,具有質(zhì)量輕、成本低、可溶液加工以及大面積制備柔性器件等優(yōu)點(diǎn)而受到科研工作者的廣泛關(guān)注。近年來,隨著科學(xué)家們不斷地對(duì)新型活性層材料的設(shè)計(jì)與合成、活性層形貌調(diào)控、界面修飾以及器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,OSCs的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)得到了大幅度提升,目前,實(shí)驗(yàn)室取得的最高單結(jié)器件效率已經(jīng)超過16%�；钚詫幼鳛橛袡C(jī)太陽能電池的核心部分,主要包括電子給體材料和電子受體材料。其中,各種窄、中、寬帶隙的給體材料的發(fā)展已相當(dāng)成熟,而在受體材料中一直占據(jù)主導(dǎo)地位的富勒烯及其衍生物由于其固有的缺陷,如吸收窄而弱、能級(jí)不易調(diào)控、合成成本高、提純困難、以及光和熱穩(wěn)定性差,限制了OSCs器件性能的進(jìn)一步突破。近幾年來,通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化,基于非富勒烯小分子和聚合物的受體材料取得了較大的突破。為此,我們發(fā)展了系列基于酰亞胺(傒二酰亞胺和萘二酰亞胺)的新型交叉共軛型小分子和窄帶隙共軛聚合物受體材料,并應(yīng)用于OSCs活性層中,并研究了分子結(jié)構(gòu)對(duì)其吸收光譜、電子能級(jí)、分子聚集、以及活性層共混膜形貌等的影響。在第二章工作中,我們結(jié)合了受體單元-給體單元-受體單元(A-D-A)和PDI型受體材料的優(yōu)點(diǎn),以苯并二噻吩(BDT)為核,噻吩和炔鍵分別作為橋接單元,設(shè)計(jì)并合成了三個(gè)含有不同拉電子基團(tuán)的新型交叉共軛型小分子受體材料(SMAs)。這種交叉共軛型小分子具有類似于富勒烯衍生物的各向同性電荷傳輸性質(zhì)。相比于大多數(shù)PDI類小分子,其吸收光譜拓寬,其能級(jí)和吸收光譜可以通過改變端基的種類來調(diào)節(jié)。采用該系列小分子受體分別與PTB7-Th給體共混制備的有機(jī)太陽電池器FF最高能達(dá)到6.06%。在第三章中,我們針對(duì)第二章工作中,小分子端基與BDT核較大的二面角,不利于分子間的π-π堆積,分子在長波處的吸收較弱,器件短路電流密度(J_(SC))較低問題,進(jìn)一步提高小分子受體材料在長波處的吸收。我們?cè)谛》肿拥拇怪焙退椒较蛏弦来螌?duì)稱的引入噻吩和噻吩并環(huán)戊二烯(CPD)單元,得到的PDI-CPD-IT小分子具有更加剛性的平面結(jié)構(gòu),吸收光譜明顯拓寬,且長波處的吸收系數(shù)約為沒有引入CPD單元前的PDI-BDTT-IT的兩倍(2.42×10~5對(duì)比1.26×10~5 M~(-1) cm~(-1))。我們通過修飾拉電子端基和CPD上的烷基側(cè)鏈,來調(diào)控分子的能級(jí)、吸收光譜、以及活性層中共混膜的表面形貌。當(dāng)采用聚合物PBDB-T作為給體材料,基于二氟取代端基以及短烷基側(cè)鏈修飾的PDI-CPD-ITFFS受體材料的器件能夠獲得高達(dá)9.76%的效率(J_(SC)和FF分別高達(dá)18.35mA cm~(-2)和70.86%),證明了這種“交叉共軛”的分子設(shè)計(jì)策略在構(gòu)筑高效小分子受體材料上的潛能。在第四章工作中,我們同時(shí)將醌式共振和給體-受體(D-A)的設(shè)計(jì)策略用于窄帶隙共軛聚合物的設(shè)計(jì)中,制備了吸收邊能夠達(dá)到1000nm的窄帶隙聚合物受體材料。通過在具有穩(wěn)定醌式共振結(jié)構(gòu)的給體單元上引入氯原子來降低聚合物的HOMO能級(jí),改變聚合物鏈間的聚集,提高電荷傳輸能力。我們同樣設(shè)計(jì)了含有穩(wěn)定醌式結(jié)構(gòu)的三元聚合物受體材料,進(jìn)一步改善共混膜形貌。當(dāng)采用PTB7-Th作為給體制備的全聚合物太陽電池獲得了2.38%的效率。在第五章,我們將具有穩(wěn)定醌式共振結(jié)構(gòu)的噻吩并苯(ITNT)給體單元與PDI受體單元交替共聚制備了PITN系列共軛聚合物(PITN-11和PITN-812),并系統(tǒng)地對(duì)比研究了側(cè)鏈中支鏈碳原子數(shù)量的奇偶性對(duì)此類聚合物光學(xué)、電化學(xué)以及光伏性能的影響。我們發(fā)現(xiàn)支鏈C原子個(gè)數(shù)為偶數(shù)的PITN-812的結(jié)晶性能較好,吸收光譜較寬,有利于的太陽光的捕獲和電荷的傳輸�；赑TB7-Th:PITN-812的器件能獲得2.16%的光電轉(zhuǎn)換效率。
【圖文】：

大的發(fā)展中國家，既是能源生產(chǎn)大國，同時(shí)也是能源消耗大國。能源安全問題已成國國家安全的一部分，，制約著國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。而傳統(tǒng)化石燃料作為人需能源的主要來源，其不可再生的特點(diǎn)以及帶來的嚴(yán)重環(huán)境問題阻礙了綠色經(jīng)濟(jì)的。在此背景下，開發(fā)新型的清潔能源，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)顯得尤為重要。在眾多清潔能，太陽能因?yàn)槠淠芰烤薮�、可持續(xù)、清潔無污染、來源廣泛、方便等特點(diǎn)而備受人關(guān)注。太陽光透過大氣層到達(dá)地球表面的能量約為 8.1 × 1013kJ s-1，其煤當(dāng)量足夠使用很長一段時(shí)間，我們只要收集太陽能中的一部分就足夠滿足我們對(duì)能源的需太陽能電池是一種可以將光能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置，分為無機(jī)太陽電池、雜化太池和有機(jī)/聚合物太陽電池，其中無機(jī)硅太陽電池由于其高效、壽命長、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)為當(dāng)代商業(yè)化太陽電池的主流。目前無機(jī)硅太陽電池的效率也已經(jīng)超過 25%，但因作工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、質(zhì)量重而不易安裝、安裝成本高、且容易破碎，很大程限制了無機(jī)硅太陽電池在商業(yè)應(yīng)用中的大規(guī)模推廣。

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文（圖 1-2）具有兩個(gè)及以上的活性層，通過在不同的子電池中選用帶隙不同的活性層來吸收不同波段的太陽光，提高短路電流密度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更高的能量轉(zhuǎn)換效率。南開大學(xué)陳永勝教授團(tuán)隊(duì)和中科院國家納米科學(xué)中心丁黎明研究員等合作設(shè)計(jì)和制備的疊層有機(jī)太陽能電池材料和器件，實(shí)現(xiàn)了超過 17%的能量轉(zhuǎn)化效率，[16]是目前有機(jī)太陽電池在實(shí)驗(yàn)室中取得的最高效率。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB34;TM914.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張超智;沈丹;胡鵬;李世娟;張驍;孫曉飛;;有機(jī)太陽能電池受體材料的研究進(jìn)展[J];化工新型材料;2015年02期

2 屈揚(yáng)坤;周林;肖勝雄;;一個(gè)飛速發(fā)展的領(lǐng)域:非富勒烯有機(jī)太陽能電池受體材料[J];上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2016年06期

3 莊林;;利用非共價(jià)構(gòu)象鎖定設(shè)計(jì)小分子受體材料[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2019年04期

4 劉曉鳳;游歌云;;一類基于三蝶烯骨架的電池受體材料[J];山東化工;2018年24期

5 占肖衛(wèi);;有機(jī)硼小分子受體材料[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2019年03期

6 蔡蕓皓;郭謝友;孫曉波;魏東輝;于明明;霍利軍;孫艷明;;構(gòu)筑扭曲傒酰亞胺單分子型電荷受體材料用于高性能有機(jī)太陽能電池（英文）[J];Science China Materials;2016年06期

7 尹鈞,任江萍,宋麗,李磊,余桂榮,師學(xué)珍;小麥不同轉(zhuǎn)基因受體材料的植株再生培養(yǎng)研究[J];麥類作物學(xué)報(bào);2004年02期

8 李勃;吳利興;趙海濤;鐘雪;梁孝淵;孟慶福;陳鳳偉;肖海峰;;不同因素對(duì)玉米單倍體育種誘導(dǎo)率的影響[J];農(nóng)業(yè)工程;2019年01期

9 彭應(yīng)全;范國瑩;周茂清;呂文理;王穎;;給-受體材料系統(tǒng)中光致發(fā)光的峰值波長隨濃度變化的理論(英文)[J];發(fā)光學(xué)報(bào);2012年02期

10 付鈺;王芳;張燕;方旭;賴文勇;黃維;;非富勒烯小分子有機(jī)太陽能電池電子受體材料的研究進(jìn)展[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2014年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 林禹澤;李永舫;朱道本;占肖衛(wèi);;新型高效光伏電子受體材料與器件[A];第二屆新型太陽能電池學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2015年

2 伍W

本文編號(hào)：2616034