稠环供体构建窄带隙聚合物光伏材料及其光电性能研究

发布时间：2021-11-15 08:52

　　有机共轭聚合物半导体作为一种新颖的高分子材料,成为光电转换领域的研究热点。大量新材料因其杰出的性能而被广泛应用于有机场效应晶体管和有机太阳能电池中。与传统的无机半导体材料相比,共轭聚合物可以通过分子设计对其主、侧链化学结构进行调整和修饰,调控其电光性能和结晶性能,从而获得不同应用领域的光电材料与器件。本论文的工作主要研究集中于构建结构新颖的稠环供电子单元、开发电子推-拉结构型的窄带隙共轭聚合物,并应用于有机太阳能电池；通过考察其结构对所得共轭结构的光谱、能级排列、带隙及其电池光伏性能的影响,获得面向高效率有机太阳能电池器件的聚合物结构设计方法。第二章我们通过噻吩桥连强吸电子单元接枝高迁移率的聚[芴-并二噻吩]主链构建二维窄带隙聚合物。通过改变不同受体单元的吸电子强度来调节主链与侧链分子内的电荷转移效应,考察结构对聚合物的带隙、能级和光伏性能的影响。首次在前聚体PF-BT-TMS上完成了Vilsmeier-Haack醛化和Knoevenagel缩合等多步关键反应的修饰。基于ITO/MoO3/PF-BTDTA:PCBM（1:3）/Al结构的器件获得了3.13%的PCE。相同器件结构的PF-... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：168 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

本体异质结型有机太阳电池的结构示意图

1.3有机聚合物太阳能电池原理聚合物太阳能电池的工作原理如图1.2所示，主要分为激子（空穴-电子对）的产生、激子在D-A界面的扩散、激子的解离和电荷的转移与收集四个阶段[14]。（1)激子（空穴-电子）的产生：活性层中的作为D的聚合物吸收光子后，原处于其最高已占轨道（HOMO)能级上的电子激发到其最低未占轨道(LUMO)能级上，从而产生激子（空穴-电子对）。（2)激子在D-A界面的扩散：产生的激子（空穴-电子对）向D和A的D-A界面处扩散。（3)激子的解离：束缚的激子在D-A界面形成一对自由载流子（空穴载流子和电子载流子），电子载流子从D的LUMO迁移至A的LUMO，空穴只保留在D的HOMO能级上。这就完成了激子的解离过程。（4)电荷的转移与收集：在内建电场的作用下，电子由受体材料扩散至阴极并被收集，空穴通过给体材料扩散至阳极也被收集，在不同功函数正负电极产生的内电场作用下富集在电极上的电荷产生移动

填充因子（FF) ： ?_与f^cK和Jsc乘积的比值称为填充因子（fill-factor, FF) (7。。X Jse表示图1.3中两条实线与坐标轴围成的蓝色矩形的面积，FF即为蓝色矩形与青色矩形的面积之比)，其计算公式（1.3)为：P 1/ X /PP _ max _ max “ max /| 3)飞"sc—厂。cX人 .光电转化效率（PCE)：电池最大输出功率Pmax与输入功率Pm的比值称为光电转化效率（Power Conversion Efficiency, PCE)，其计算公式（1.4)为：4


本文编号：3496448