相容性匹配策略调控三元有机太阳电池活性层的结晶和相分离
发布时间：2021-04-17 05:08
有机太阳电池活性层薄膜中的结晶与相分离结构和光电转换效率密切相关。如何表征活性层薄膜的结晶与相分离是个巨大的挑战。本文旨在将第三组分加入经典高效的二元体系中,调控活性层的结晶与相分离从而提高光电转换效率。期望通过研究第三组分与给受体相容性的匹配规律,为选择合适的第三组分提供新思路。首先,将DRCN5T小分子加入经典的PTB7-Th:PC71BM体系中,通过计算不同组分之间的相容性,发现DRCN5T与给体PTB7-Th的相容性较好,而DRCN5T与受体PC71BM的相容性不好,在活性层中产生相分离。通过添加第三组分的策略优化了活性层薄膜的形貌,器件的光电转换效率从10%提高到11.1%。将化学结构类似的PDCBT和P3HT作为第三组分,引入经典的PBDB-T:ITIC体系中。通过熔点下降法计算了组分间的Flory-Huggins参数,发现PDCBT和P3HT与给体PBDB-T的相容性良好,少量的PDCBT和P3HT与PBDB-T都能形成双分子结晶。第三组分与受体ITIC的相容性则有差别,其中,PDCBT与ITIC不相容,而P3HT与ITIC的相容性较好。第三组分与给受体的相容性满足一定的...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１本体异质结有机太阳电池的结构
?第１章绪论???１．３有机太阳电池的器件参数??ｆ＿??ｕ?ｈ?．?■?■．．．??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８??Ｖｏｌｔａｇｅ?（Ｖ）??图１．２有机太阳电池的电流密度－电压（Ｊ－Ｆ）曲线。??Ｆｉｇｕｒｅ?Ｘ．２Ｊ－Ｖｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ＯＳＣｓ．??光电转换效率：被有机太阳电池吸收并转化为有效电能与入射光能量的比??值，这个器件参数是有机太阳电池的最重要参数，其数值高低反映有机太阳电池??性能的优劣。??ＰＣＥ?＝?Ｐｍａｘ／?Ｐｌｉｇｈｔ?＝（厂。。ｘ＊／ｓｃｘＦＦ／Ｐｌｉｇｈｔ）ｘ?１００％??Ｐｌｉｇｈｔ：入射光光照强度，Ｐｍａｘ．？器件最大输出功率。Ｊｓｅ和ＦＦ这三个器??件参数则决定着器件最大输出功率的大校??开路电压（Ｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅ，Ｆ〇ｃ）：在ＡＭ１．５Ｇ模拟太阳光照下有机太阳??电池正负极短路时的电压，单位：Ｖ。具体计算公式如下：??ｅＶ〇ｃ?＝?Ｅｇ－０．３?ｅＶ??ｅ?为元电荷，Ｅｇ?为受体的?ＬＵＭＯ?轨道（Ｌｏｗｅｓｔ?Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ?Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?Ｏｒｂｉｔａｌ，??ＬＵＭＯ）和给体的?ＨＯＭＯ?轨道（Ｈｉｇｈｅｓｔ?Ｏｃｃｕｐｉｅｄ?Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?Ｏｒｂｉｔａｌ，ＨＯＭＯ）的??能级差。Ｆ〇ｃ除了和能级差有关联，也和光强、电极功函数、温度、载流子密度??等有关。??短路电流（Ｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔ，Ｊｓｃ）：在ＡＭ１．５Ｇ模拟太阳光照下有机太阳??电池正负极短路时的电流密度，单位为ｍＡ／ｃｍ２。；与活性层材料的光吸收、载??流子的迁移和收集等有关。??填充因子（ＦｉｌｌＦａｃｔｏｒ，?ＦＦ）：??ＦＦ
相互作用参数ｘ值的进一步分析??在比较相互作用参数Ｘ值大小时，刚开始都是采用Ｔ．?Ｎｉｓｈｉｌ和Ｔ．?Ｔ．?Ｗａｎｇ的??参考标准，但是对于高分子：高分子、高分子：小分子和小分子：小分子混合物，Ｔ．??Ｎｉｓｈｉｌ和Ｔ．Ｔ．?Ｗａｎｇ的参考标准无法准确地描述不同物质之间的相互作用参数的??差异。因此，本章的相互作用参数的参考标准回到最原始的标准，［１５］即将式２＿７??变成下面的公式：??ＡＧｍ?＜＆２??＝?＋?瓦，打中２?＋?Ｘ中ｉ％?（３－２）??根据公式３－２拟合出图３．２。??（ａ）?ｒ?１?（ｂ）?＾??Ｊ?ｋｂ／??０．０?０．２?〇．４?０?０．６?０．８?１．０?〇？〇?〇－２?。－、。６?〇－８?１．〇??图３．２不同组成的吉布斯自由能，（ａ）相容模型和（ｂ）不相容模型。??Ｆｉｇｕｒｅ?３．２?Ｇｉｂｂｓ?ｆｒｅｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｂｌｅｎｄｓ，?（ａ）?ｍｉｓｃｉｂｌｅ?ａｎｄ?（ｂ）?ｉｍｍｉｓｃｉｂｌｅ?ｍｏｄｅｌｓ．??假设两种物质混合后形成两个相，两种物质混合后的组成体积占比为中０，??呈Ａ相的两种物质体积混合组成Ｏａ，Ａ相所占总体积分数ｆａ。呈Ｂ相的两种物??质体积混合组成Ｂ相所占总体积分数ｆｂ?（因为只有两相所以ｆｂ?＝?ｌ－ｆａ）。利??用杠杆原理可知??＝?＋?（３－３）??ｃ?—中０?ｃ?＾０?－?，，??ｆａ＝＾：?ｆｂ＝＾：?（３＇４）??则两相相分离的自由能可表示为：??ｐ?ｃ?ｎ?ｔ?ｃ?ｒ，?（＾ｂ?－?＾〇）＾ａ?＋?（＾０?－?＾ａ）Ｇｂ??Ｇａｂ＝ｆａＧａ?＋?ｆｂＧｂ＝???（３－５）??从图中可以
【参考文献】：
期刊论文
[1]Solvent additive-free ternary polymer solar cells with 16.27% ef?ciency[J]. Qiaoshi An,Xiaoling Ma,Jinhua Gao,Fujun Zhang. Science Bulletin. 2019(08)
[2]Synergistic effect of fluorination on both donor and acceptor materials for high performance non-fullerene polymer solar cells with 13.5% efficiency[J]. Qunping Fan,Wenyan Su,Yan Wang,Bing Guo,Yufeng Jiang,Xia Guo,Feng Liu,Thomas P.Russell,Maojie Zhang,Yongfang Li. Science China（Chemistry）. 2018(05)
本文编号：3142868
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１本体异质结有机太阳电池的结构
?第１章绪论???１．３有机太阳电池的器件参数??ｆ＿??ｕ?ｈ?．?■?■．．．??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８??Ｖｏｌｔａｇｅ?（Ｖ）??图１．２有机太阳电池的电流密度－电压（Ｊ－Ｆ）曲线。??Ｆｉｇｕｒｅ?Ｘ．２Ｊ－Ｖｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ＯＳＣｓ．??光电转换效率：被有机太阳电池吸收并转化为有效电能与入射光能量的比??值，这个器件参数是有机太阳电池的最重要参数，其数值高低反映有机太阳电池??性能的优劣。??ＰＣＥ?＝?Ｐｍａｘ／?Ｐｌｉｇｈｔ?＝（厂。。ｘ＊／ｓｃｘＦＦ／Ｐｌｉｇｈｔ）ｘ?１００％??Ｐｌｉｇｈｔ：入射光光照强度，Ｐｍａｘ．？器件最大输出功率。Ｊｓｅ和ＦＦ这三个器??件参数则决定着器件最大输出功率的大校??开路电压（Ｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｖｏｌｔａｇｅ，Ｆ〇ｃ）：在ＡＭ１．５Ｇ模拟太阳光照下有机太阳??电池正负极短路时的电压，单位：Ｖ。具体计算公式如下：??ｅＶ〇ｃ?＝?Ｅｇ－０．３?ｅＶ??ｅ?为元电荷，Ｅｇ?为受体的?ＬＵＭＯ?轨道（Ｌｏｗｅｓｔ?Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ?Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?Ｏｒｂｉｔａｌ，??ＬＵＭＯ）和给体的?ＨＯＭＯ?轨道（Ｈｉｇｈｅｓｔ?Ｏｃｃｕｐｉｅｄ?Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?Ｏｒｂｉｔａｌ，ＨＯＭＯ）的??能级差。Ｆ〇ｃ除了和能级差有关联，也和光强、电极功函数、温度、载流子密度??等有关。??短路电流（Ｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔ，Ｊｓｃ）：在ＡＭ１．５Ｇ模拟太阳光照下有机太阳??电池正负极短路时的电流密度，单位为ｍＡ／ｃｍ２。；与活性层材料的光吸收、载??流子的迁移和收集等有关。??填充因子（ＦｉｌｌＦａｃｔｏｒ，?ＦＦ）：??ＦＦ
相互作用参数ｘ值的进一步分析??在比较相互作用参数Ｘ值大小时，刚开始都是采用Ｔ．?Ｎｉｓｈｉｌ和Ｔ．?Ｔ．?Ｗａｎｇ的??参考标准，但是对于高分子：高分子、高分子：小分子和小分子：小分子混合物，Ｔ．??Ｎｉｓｈｉｌ和Ｔ．Ｔ．?Ｗａｎｇ的参考标准无法准确地描述不同物质之间的相互作用参数的??差异。因此，本章的相互作用参数的参考标准回到最原始的标准，［１５］即将式２＿７??变成下面的公式：??ＡＧｍ?＜＆２??＝?＋?瓦，打中２?＋?Ｘ中ｉ％?（３－２）??根据公式３－２拟合出图３．２。??（ａ）?ｒ?１?（ｂ）?＾??Ｊ?ｋｂ／??０．０?０．２?〇．４?０?０．６?０．８?１．０?〇？〇?〇－２?。－、。６?〇－８?１．〇??图３．２不同组成的吉布斯自由能，（ａ）相容模型和（ｂ）不相容模型。??Ｆｉｇｕｒｅ?３．２?Ｇｉｂｂｓ?ｆｒｅｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｂｌｅｎｄｓ，?（ａ）?ｍｉｓｃｉｂｌｅ?ａｎｄ?（ｂ）?ｉｍｍｉｓｃｉｂｌｅ?ｍｏｄｅｌｓ．??假设两种物质混合后形成两个相，两种物质混合后的组成体积占比为中０，??呈Ａ相的两种物质体积混合组成Ｏａ，Ａ相所占总体积分数ｆａ。呈Ｂ相的两种物??质体积混合组成Ｂ相所占总体积分数ｆｂ?（因为只有两相所以ｆｂ?＝?ｌ－ｆａ）。利??用杠杆原理可知??＝?＋?（３－３）??ｃ?—中０?ｃ?＾０?－?，，??ｆａ＝＾：?ｆｂ＝＾：?（３＇４）??则两相相分离的自由能可表示为：??ｐ?ｃ?ｎ?ｔ?ｃ?ｒ，?（＾ｂ?－?＾〇）＾ａ?＋?（＾０?－?＾ａ）Ｇｂ??Ｇａｂ＝ｆａＧａ?＋?ｆｂＧｂ＝???（３－５）??从图中可以
【参考文献】：
期刊论文
[1]Solvent additive-free ternary polymer solar cells with 16.27% ef?ciency[J]. Qiaoshi An,Xiaoling Ma,Jinhua Gao,Fujun Zhang. Science Bulletin. 2019(08)
[2]Synergistic effect of fluorination on both donor and acceptor materials for high performance non-fullerene polymer solar cells with 13.5% efficiency[J]. Qunping Fan,Wenyan Su,Yan Wang,Bing Guo,Yufeng Jiang,Xia Guo,Feng Liu,Thomas P.Russell,Maojie Zhang,Yongfang Li. Science China（Chemistry）. 2018(05)
本文编号：3142868
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