發(fā)布時(shí)間：2020-11-03 03:45

　　 近年來,探索新型的聚合物并用于制備高性能聚合物太陽能電池(PSCs)是該領(lǐng)域的主要研究方向之一。在本研究中,基于吡啶并噻二唑、三氮唑的聚合物光伏材料被設(shè)計(jì)并合成,通過引入鹵素原子來降低聚合物的HOMO能級(jí),同時(shí)通過控制烷基側(cè)鏈的長(zhǎng)短來調(diào)節(jié)共軛聚合物的溶解性、聚集態(tài)以及與電子受體材料的共混相容性,從而達(dá)到優(yōu)化聚合物光伏性能的目的。在本論文工作中的主要研究?jī)?nèi)容為:1、以吡啶并[3,4-c]噻二唑(PT)作為強(qiáng)的拉電子受體結(jié)構(gòu)單元(A),烷基噻吩作為推電子結(jié)構(gòu)單元(D),雙氟代苯并噻二唑或單氟代苯并噻二唑?yàn)榈诙娮咏Y(jié)構(gòu)單元,設(shè)計(jì)并合成了的兩種新型的三元共軛聚合物PDTPT-DFBT和PDTPT-FBT,聚合物在溶液和薄膜狀態(tài)對(duì)300-800 nm范圍的太陽光具有強(qiáng)吸收,表明該聚合物是一類寬吸收的聚合物光伏材料。聚合物PDTPT-DFBT表現(xiàn)出比PDTPT-FBT更紅移的吸收光譜、更小的π-π堆砌距離。在未加入任何添加劑及未進(jìn)行任何后處理?xiàng)l件下,分別以聚合物PDTPT-DFBT、PDTPT-FBT為電子給體材料,PCBM(富勒烯衍生物)為電子受體材料所制備的本體異質(zhì)結(jié)型光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)值分別為2.56%、3.14%。同時(shí),兩種聚合物的HOMO能級(jí)都低于的-5.40 eV,所制備的PSCs器件獲得均高于0.90 V的開路電壓(V_(oc)),這在窄帶隙聚合物光伏材料中是較為少見的。2、將1H-1,2,4-三氮唑作為拉電子結(jié)構(gòu)單元,并與推電子結(jié)構(gòu)單元苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(BDT)衍生物共聚,得到D-A共軛聚合物光伏材料,為了適當(dāng)降低聚合物的LUMO(最低空軌道)和HOMO(最高成鍵分子軌道)能級(jí)、拓寬聚合物的吸收光譜以及降低聚合物的能隙,我們?cè)谕齐娮咏Y(jié)構(gòu)單元BDT中引入電負(fù)性較強(qiáng)的鹵素原子氟(F)和氯(Cl)。同時(shí)在1H-1,2,4-三氮唑環(huán)上引入不同長(zhǎng)度的烷基鏈來改善聚合物的溶解性。合成得到了PTZ-F-O、PTZ-Cl-OD、PTZ-F-OD、PTZ-OD四種聚合物,以該系列聚合物為給體材料的光伏器件的開路電壓均在1.00 V以上。由于聚合物的能隙都較寬,其吸收光譜較窄,導(dǎo)致其短路電流密度不高,故其PSCs的PCE不高,其中基于PTZ-F-O的PSC具有最佳的PCE為2.94%;基于PBDTZ-F-OD、PTZ-F-OD和PTZ-Cl-OD的PSCs的PCE分別為1.62%,1.84%,2.01%。3、以4H-1,2,4-三氮唑作為拉電子結(jié)構(gòu)單元,BDT衍生物為推電子結(jié)構(gòu)單元,設(shè)計(jì)并合成了共軛聚合物PBDT-F-TIZ,這是首次將4H-1,2,4-三氮唑單元應(yīng)用到PSCs,另外還合成了基于1H-1,2,4-三氮唑結(jié)構(gòu)單元的相似聚合物PBDT-F-TZ來進(jìn)行對(duì)比,研究聚合物分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整性對(duì)光伏性能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)規(guī)整的聚合物PBDT-F-TIZ表現(xiàn)出更好的熱穩(wěn)定性、紅移的吸收光譜、更有序的分子堆砌,因此,PBDT-F-TIZ表現(xiàn)出更好的光伏性能,其PSC的PCE為2.42%,高于基于PBDT-F-TZ的PSCs(PCE=1.68%)。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM914.4;TQ317
【部分圖文】：

BHJPSCs的工作原理圖

圖 1.2 PSCs 結(jié)構(gòu)圖J 器件結(jié)構(gòu)1995 年，有科學(xué)家將 MEH-PPV[15]和富勒烯衍生物 PC61BM 一起混溶劑中，涂膜得到 BHJ 光敏活性層，標(biāo)志著 BHJ PSCs 研究的開始

圖 1.3 （a）正向器件結(jié)構(gòu) （b）反向器件結(jié)構(gòu)1.2.3 聚合物太陽能電池器件的重要參數(shù)及影響因素PCE 是衡量 PSCs 商業(yè)化的最關(guān)鍵參數(shù)之一。然而，Voc， Jsc和 FF 是直接
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本文編號(hào)：2868044