基于苯并二噻吩和苯并二噻吩二酮的聚合物给体材料的合成与光伏性能研究

发布时间：2020-11-12 07:18

　　 聚合物太阳能电池(PSCs)由于其可溶液加工、成本低、质量轻以及可制备成大面积柔性器件等优点受到了世界范围内的广泛关注,但目前较低能量转换效率(PCE)制约了聚合物太阳能电池的商业发展。为了提高聚合物太阳能电池的能量转换效率,本论文以苯并二噻吩为给体单元,以苯并二噻吩二酮为受体单元,主链引入噻吩或硒吩作π桥合成了聚合物给体材料;与富勒烯衍生物和非富勒烯受体搭配制备成光伏器件,并对其光伏性能进行了系统的研究。本论文的主要内容有以下两个部分:1.基于间位烷氧基苯基取代的苯并二噻吩(BDT-m-OP)作为给体单元,苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)作为受体单元设计合成了一个新的共轭聚合物PBPD-Se,在这个聚合物中硒吩单元作为π桥引入聚合物主链中。相对噻吩作为π桥的PBPD-Th,PBPD-Se拓宽了吸收光谱,提高了空穴迁移率,并且轻微地提高了HOMO能级。基于PBPD-Se:PC_(71)BM的聚合物太阳能电池获得了9.8%的能量转换效率。2.基于宽带隙的聚合物给体材料PBPD-Th,优化了其与非富勒烯受体共混的非富勒烯聚合物太阳能电池。PBPD-Th在300-650 nm区域内有很强的吸收,光学带隙为1.91 eV,这与光学带隙为1.55 e V的ITIC非常匹配。而且,PBPD-Th较低的HOMO能级(-5.42 e V)有利于在这个聚合物太阳能电池中获得高的V_(oc)(1.01 V)。基于PBPD-Th:ITIC的聚合物太阳能电池优化后获得了10.8%的能量转换效率。
【学位单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O633.5;TM914.4
【部分图文】：

合物太阳能电池简介物太阳能电池的发展历程的发展，人们的生产生活节奏日益加快，与此同时，对能源资目前经过亿万年形成的煤和石油等不可再生的自然资源随着不同时人们需要通过开发其他的能源如核能，生物能和太阳能等求。而太阳能作为真正意义上的清洁无污染的能源，并有取之，是绿色的可再生能源。很早以前科研人员用无机的单晶硅，池，并在一定时间内取得了很好的效率。但是由于它的生产成程中造成的污染较大，科研人员慢慢的将目光转移到易制备且池上。其中有机的聚合物太阳能电池具有质量轻，可用溶液加上进行卷对卷打印生产等优点，具有非常好的实际应用的潜能

苯溶剂做的聚合物太阳能电池效率已达到 13.2%[37]。一些电池的，开发了刮涂和卷对卷打印等工艺[89-90]。光伏材料的发展和电池有机聚合物太阳能电池拥有很大的实际应用潜能。合物太阳能电池的基本的原理物太阳能电池光电转化的过程中包括以下几个步骤：性层吸收一定能量的光子后，形成了激子；子扩散到活性层中给受体的界面；界面处，给体将激子中的电子转移到受体；同样，受体将激子，实现了激子的分离；离后的空穴和电子分别沿给体和受体向正负电极进行传输，分，从而产生光电流和光电压。

图 1.5 常规 PSCs 的器件结构图，从左至右分别是正向、反向、双层异质结和叠层器件结构1.2.3 退火处理退火分为溶剂退火和热退火。一般来说，热退火处理是在超过玻璃化转变温度的温度下，给体或受体会产生热诱导在共混膜发生形态和结晶的改变[25,26]。如图 1.6 示，活性层在不同温度下相同的退火时间处理之后，其内部的结晶性变化明显，在110oC 热退火十分钟之后得到了最好的 PCE[33]。2017 年，李永舫等将 H11:IDIC 的活性层进行 120oC 退火 10 min 处理，效率由 5.37%上升到 9.73%[28]。2017 年，曹镛将基于 PTzBI-Si:N2200 的活性层进行 130oC 退火 10 min 的处理，获得了 10.10%的PCE[135]，这是当时全聚体系获得的最高效率。
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本文编号：2880446