含苯并三唑的宽带隙共轭聚合物的设计合成及光伏性能研究

发布时间：2021-05-23 22:38

　　有机光伏材料与器件的发展已促使其最高认证效率超过12%,同时有机光伏器件在长期稳定性、环境友好溶剂加工及厚膜要求等方面均已取得重要进展,显示出巨大的商业开发价值和应用前景。然而,由于传统富勒烯受体吸光能力弱且电学能级不易调控,目前窄带隙聚合物给体材料在有机光伏领域已走向了瓶颈。而宽带隙聚合物给体材料在富勒烯体系中虽然单节器件效率不太出众,但其在叠层器件、三元器件、非富勒烯器件、全聚合物器件等方面均表现出广阔的前景。目前,高效的宽带隙聚合物给体材料十分有限,基于此,本论文发展了一系列基于苯并三唑单元的宽带隙聚合物给体材料,包括氟代苯并三唑（fffBTA）和酰亚胺苯并三唑（TzBI）的衍生物。将此类材料分别应用于富勒烯器件、非富勒烯器件、全聚合物器件,并探索其在三元器件、厚膜器件、环境友好溶剂加工方面的潜力。本文第二章选取了 fEBTA单元与苯并二噻吩（BDT）单元共聚,通过调控侧链,发展了一种具有良好溶解性的宽带隙聚合物给体PBTA-BO;并在此共轭骨架基础上,引入极性基团五氟苯（FPh）到ffBTA的侧链,构筑了一种新型D-A型共轭聚合物添加剂PBTA-FPh。PBTA-FPh的设计目... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：165 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 宽带隙有机光伏材料
        1.2.1 宽带隙有机光伏材料简介
        1.2.2 典型宽带隙光伏材料的研究进展
        1.2.3 含苯并三唑单元的宽带隙光伏材料
    1.3 新型高效有机光伏器件
        1.3.1 非富勒烯小分子光伏器件
        1.3.2 全聚合物光伏器件
        1.3.3 有机光伏器件工艺要求
    1.4 本论文的研究内容和创新之处
        1.4.1 主要研究内容
        1.4.2 论文创新之处
第二章 含氟代苯并三唑的宽带隙共轭聚合物的设计合成及其在三元有机太阳电池中的应用
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 原料与试剂
        2.2.2 PBTA-FPh与PBTA-BO的合成过程
        2.2.3 测试与表征方法
    2.3 聚合物添加剂体系结果与讨论
        2.3.1 PBTA-FPh与PBTA-BO的化学结构与热性质
        2.3.2 PBTA-FPh与PBTA-BO的光/电学性质
        2.3.3 含有聚合物添加剂的器件光伏性能
        2.3.4 聚合物添加剂体系的电荷动力学
        2.3.5 PBTA-FPh和PBTA-BO的接触角与表面能
        2.3.6 聚合物添加剂体系的活性层形貌与迁移率
    2.4 三元共混体系结果与讨论
        2.4.1 PBTA-BO:IFBR:PC_(61)BM三元体系的光/电学性质
        2.4.2 PBTA-BO:IFBR:PC_(61)BM三元体系的器件光伏性能
        2.4.3 PBTA-BO:IFBR:PC_(61)BM三元体系的电荷转移与传输
        2.4.4 PBTA-BO:IFBR:PC_(61)BM三元体系的电荷复合与抽取
        2.4.5 PBTA-BO:IFBR:PC_(61)BM三元体系的形貌与稳定性
    2.5 本章小结
第三章 含酰亚胺苯并三唑的宽带隙共轭聚合物在非富勒烯太阳电池中的应用
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 材料与试剂
        3.2.2 聚合物PTzBI-DT的合成
        3.2.3 测试与表征装置
        3.2.4 基于ITIC的非富勒烯太阳电池器件的制备
    3.3 ITIC体系结果与讨论
        3.3.1 PTzBI-DT与PTzBI的光/电学性质对比
        3.3.2 ITIC体系的光伏性能分析
        3.3.3 PTzBI:ITIC器件的厚度不敏感性以及热稳定性
        3.3.4 ITIC体系的激子产生与解离
        3.3.5 ITIC体系的电荷复合机制
        3.3.6 ITIC体系的形貌分析
    3.4 本章小结
第四章 含酰亚胺苯并三唑的宽带隙共轭聚合物在全聚合物太阳电池中的应用
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 材料与试剂
        4.2.2 分析与测试设备
        4.2.3 全聚合物太阳电池器件的制备
    4.3 全聚合物太阳电池结果与讨论
        4.3.1 PTzBI:N2200体系的光学特性研究
        4.3.2 PTzBI:N2200体系的光伏性能研究
        4.3.3 PTzBI:N2200体系的电荷动力学
        4.3.4 PTzBI:N2200体系的薄膜形貌
        4.3.5 电荷迁移率和厚膜器件
        4.3.6 PTzBI:N2200全聚合物器件的稳定性
    4.4 本章小结
第五章 含硅氧烷侧链的酰亚胺苯并三唑类宽带隙共轭聚合物的设计及其在全聚合物太阳电池中的应用
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 材料与试剂
        5.2.2 共聚物PTzBI-Si的合成过程
        5.2.3 测试与表征手段
        5.2.4 基于PTzBI-Si:N2200光伏电池的加工过程
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 PTzBI-Si的基本特性
        5.3.2 基于PTzBI-Si:N2200光伏电池的器件性能
        5.3.3 基于PTzBI-Si:N2200光伏电池的电荷动力学
        5.3.4 基于PTzBI-Si:N2200共混膜的形貌
    5.4 本章小结
第六章 含硅氧烷侧链的苯并三唑类宽带隙共轭聚合物在厚膜三元全聚合物太阳电池中的应用
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 材料与试剂
        6.2.2 聚合物PBTA-Si的合成过程
        6.2.3 PBTA-Si:PTzBI-Si:N2200体系的器件加工过程
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 PBTA-Si的基本特性
        6.3.2 PBTA-Si:PTzBI-Si:N2200体系的厚膜器件
        6.3.3 器件厚度依赖性分析
        6.3.4 活性层形貌分析
    6.4 本章小结
第七章 通过化学结构微调实现高效大面积非富勒烯太阳电池
    7.1 引言
    7.2 实验部分
        7.2.1 材料合成
        7.2.2 测试与表征
        7.2.3 非富勒烯电池器件加工
    7.3 结果与讨论
        7.3.1 活性层材料基本特性
        7.3.2 光伏器件及形貌分析
        7.3.3 开路电压损失分析
        7.3.4 光照稳定性分析
    7.4 本章小结
结论与展望
参考文献
附录
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]Ternary organic solar cells offer 14% power conversion efficiency[J]. Zuo Xiao,Xue Jia,Liming Ding.  Science Bulletin. 2017(23)
[2]Conjugated polymers containing B←N unit as electron acceptors for all-polymer solar cells[J]. Chuandong Dou,Jun Liu,Lixiang Wang.  Science China（Chemistry）. 2017(04)



本文编号：3203088