新型聚噻吩类衍生物的设计与合成及其在聚合物/钙钛矿太阳电池中的应用

发布时间：2022-10-07 21:46

　　在新一代的光伏技术中,聚合物太阳电池和钙钛矿太阳电池由于具有质轻、可溶液加工和大面积制备等独特优势,因而受到了极大的关注。近年来,得益于活性层材料的不断开发、界面工程的调控和器件结构的优化,这两种光伏器件的能量转换效率均获得了突破性的进展。其中,聚噻吩类衍生物材料由于结构简单、易于合成、空穴迁移率高和可进行厚膜加工等优点,在聚合物太阳电池和钙钛矿太阳电池中得到了广泛的应用。本论文设计和合成了一系列新型的聚噻吩类衍生物材料,研究了聚合物的化学结构与光电性能之间的关系,并成功应用于聚合物太阳电池和钙钛矿太阳电池中。在第二章中,我们设计并合成了三种聚噻吩衍生物,通过在聚噻吩的共轭主链上引入氟原子来降低聚合物的最高占据分子轨道（HOMO）能级,并采用不同长度的烷基链来调节聚合物的溶解性和加工性。与聚（3-己基噻吩）相比,新合成的三种聚噻吩衍生物的HOMO能级降低了0.4 eV。随着烷基链长度的增加,聚合物的结晶性降低,溶解性和加工性得到明显的改善。其中,P4T2F-HD的溶解性最好,可以实现室温下的加工。三种聚合物与富勒烯受体共混制备成聚合物太阳电池器件后,能量转换效率均超过了5%。与非富勒烯... 

【文章页数】：148 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 聚合物太阳电池简介
        1.2.1 聚合物太阳电池发展历程
        1.2.2 聚合物太阳电池的器件结构和工作原理
        1.2.3 聚合物太阳电池的性能参数
    1.3 聚合物太阳电池中常用的给体材料
        1.3.1 聚噻吩类衍生物
        1.3.2 苯并双噻吩与并噻吩类聚合物
        1.3.3 苯并噻二唑与噻吩类聚合物
        1.3.4 苯并双噻吩与苯并[1,2-c:4,5-c']二噻吩-4,8-二酮类聚合物
    1.4 钙钛矿太阳电池简介
        1.4.1 钙钛矿太阳电池发展历程
        1.4.2 钙钛矿太阳电池器件结构和工作原理
    1.5 钙钛矿太阳电池中常用的聚合物空穴传输层材料
        1.5.1 中性共轭聚合物作为空穴传输层
        1.5.2 离子型共轭聚合物作为空穴传输层
    1.6 论文的研究内容和创新点
        1.6.1 本论文的研究内容
        1.6.2 本论文的创新点
第二章 新型聚噻吩衍生物的设计与合成及其在聚合物太阳电池中的应用
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 原料与试剂
        2.2.2 材料的表征与仪器设备
        2.2.3 单体和聚合物的合成
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 合成与表征
        2.3.2 热力学性质
        2.3.3 光学性质
        2.3.4 电化学性质
        2.3.5 密度泛函理论计算
        2.3.6 光伏性能
        2.3.7 电荷的产生、传输和复合
        2.3.8 形貌表征
    2.4 本章小结
第三章 氟含量对聚噻吩衍生物分子间相互作用和器件性能的影响
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 原料与试剂
        3.2.2 材料的表征与仪器设备
        3.2.3 单体和聚合物的合成
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 合成与表征
        3.3.2 热学性质
        3.3.3 光学性质
        3.3.4 电化学性质
        3.3.5 密度泛函理论计算
        3.3.6 光伏性质
        3.3.7 电荷的产生和传输
        3.3.8 相对介电常数和电荷复合
        3.3.9 形貌表征
    3.4 本章小结
第四章 醚链的不同取代位置对聚噻吩衍生物性能的影响
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 原料与试剂
        4.2.2 材料的表征与仪器设备
        4.2.3 单体和聚合物的合成
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 合成与表征
        4.3.2 光学性质
        4.3.3 电化学性质
        4.3.4 密度泛函理论计算
    4.4 本章小结
第五章 空穴传输层材料的设计与合成及其在钙钛矿太阳电池中的应用
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 原料与试剂
        5.2.2 材料的表征与仪器设备
        5.2.3 单体和聚合物的合成
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 合成与表征
        5.3.2 光学和电化学性质
        5.3.4 密度泛函理论计算
        5.3.5 空穴迁移率的测试
        5.3.6 光伏性能
        5.3.7 荧光淬灭测试
        5.3.8 电荷复合的研究
        5.3.9 薄膜表面形貌表征
    5.4 本章小结
结论
参考文献
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]基于一种新型聚噻吩衍生物为给体的非富勒烯聚合物太阳能电池（英文）[J]. 许青青,常春梅,李万宾,郭冰,国霞,张茂杰.  物理化学学报. 2019(03)
[2]Achieving over 16% efficiency for single-junction organic solar cells[J]. Baobing Fan,Difei Zhang,Meijing Li,Wenkai Zhong,Zhaomiyi Zeng,Lei Ying,Fei Huang,Yong Cao.  Science China（Chemistry）. 2019(06)



本文编号：3687473