功能化富勒烯衍生物在太阳能电池中的应用

发布时间：2017-06-30 05:15

  本文关键词：功能化富勒烯衍生物在太阳能电池中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文就目前富勒烯在体异质结有机聚合物太阳能电池受体材料、有机无机杂化钙钛矿太阳电池电子传输层的修饰层两方面应用所存在的问题,合理设计了两种新型的三嵌段功能化富勒烯衍生物。通过引入吸电子氰基及长烷氧基链等功能性基团,在有机太阳能电池中,能够利用超分子诱导组装的方法改善活性层形貌,实现器件性能的提高;在有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池中,能够有效钝化金属氧化物电子传输层表面缺陷态,最终实现器件效率及迟滞效应的改善。具体的研究内容及结论如下:1、成功设计合成了由苯乙烯氰、三辛氧基苯及C_(60)组成的富勒烯衍生物PCBB-CN-C8。它能够在与给体材料共混旋涂的过程中,一方面利用长的三辛氧基柔性链,提供给体材料(P3HT)结晶所需要的自由空间体积,诱导P3HT结晶,形成长程有序的层状结构;另一方面综合利用C_(60)骨架的π-π堆积,苯乙烯氰的静电相互作用力,增强富勒烯(PCBB-CN-C8)之间的超分子作用力,自组装成有序的PCBB-CN-C8结晶区域,最终构筑纳米尺度相分离的,具有双连续传输通道的理想活性层形貌。由其所制备的体异质结有机聚合物太阳能电池器件,在不经任何后处理的情况下,就得到了3.51%的较高的PCE,这是目前已报道的不经后处理的P3HT体系聚合物太阳能电池中最高的PCE。此外,PCBB-CN-C8由于氰基的引入,分子间作用力得到增强,玻璃化转变温度有了一定程度的提高,因而在热退火处理的情况下,其不会扩散至P3HT链,从而使得活性层形貌能够得到维持,最终热退火器件的PCE甚至能够达到4.2%,能够与现已报道的最高效率的P3HT体系太阳能电池相媲美,而这种高效率需要经过两步复杂后处理才能得到。2、成功设计合成了含有两个吸电子氰基及长烷氧基链的多功能性富勒烯衍生物PCBB-2CN-2C8。在氰基及长烷氧基链的协同作用下,富勒烯衍生物的疏水性能显著提高,不仅改善了其对钙钛矿前驱体溶液的耐溶剂性,而且疏水性表面更利于获得大的钙钛矿晶体,最终能够获得具有完整结构的钙钛矿太阳能电池。此外,其在修饰金属氧化物电子传输层(TiO_2)过程中,能够占据氧空位,降低TiO_2表面缺陷态,减少缺陷复合,提高激子寿命,进一步改善电池性能及迟滞效应,并大幅度提升器件寿命。最终使得钙钛矿太阳能电池的V_(OC)、FF分别从0.99 V、72.2%显著提高到1.06 V、79.1%,PCE有20.7%的提升。
【关键词】：富勒烯受体材料 电子传输层 超分子诱导组装 钝化作用 缺陷态
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 文献综述10-27
• 1.1 前言10-11
• 1.2 富勒烯简介11
• 1.3 富勒烯衍生物在太阳能电池中的应用11-24
• 1.3.1 富勒烯衍生物作为有机聚合物太阳能电池受体材料12-16
• 1.3.2 富勒烯衍生物作为有机聚合物太阳能电池阴极修饰层16-19
• 1.3.3 富勒烯衍生物作为钙钛矿太阳能电池电子传输层及其修饰层19-24
• 1.4 本论文的设计思想与研究内容24-27
• 1.4.1 富勒烯应用于太阳能电池存在的一些问题24-25
• 1.4.2 课题提出与本论文研究内容25-27
• 第二章 具备协同组装性能的三分体富勒烯有机太阳能电池受体材料的合成，表征及光伏性能研究27-49
• 2.1 引言27-28
• 2.2 材料的合成28-33
• 2.2.1 药品及化学试剂28-29
• 2.2.2 仪器及测试条件29-30
• 2.2.3 材料的合成30-32
• 2.2.4 器件的制备与表征32-33
• 2.3 结果与讨论33-48
• 2.3.1 富勒烯衍生物PCBB-CN-C8的结构表征33-34
• 2.3.2 富勒烯衍生物PCBB-CN-C8的热学性质34-36
• 2.3.3 富勒烯衍生物PCBB-CN-C8的光学性质36-38
• 2.3.4 富勒烯衍生物PCBB-CN-C8的电化学性能38-39
• 2.3.5 活性层形貌研究39-42
• 2.3.6 光伏性能研究42-48
• 2.4 本章小结48-49
• 第三章 功能化富勒烯衍生物的合成及在钙钛矿太阳能电池阴极修饰层中的应用49-69
• 3.1 引言49-50
• 3.2 材料的合成50-55
• 3.2.1 药品及化学试剂50-51
• 3.2.2 仪器及测试条件51-52
• 3.2.3 材料的合成52-54
• 3.2.4 器件的制备54
• 3.2.5 器件的表征54-55
• 3.3 结果与讨论55-67
• 3.3.1 富勒烯衍生物PCBB-2CN-2C8的结构表征55-56
• 3.3.2 富勒烯衍生物PCBB-2CN-2C8的热学性质56-57
• 3.3.3 富勒烯衍生物PCBB-2CN-2C8的表面润湿性57-58
• 3.3.4 TiO_2/PCBB-2CN-2C8表面钙钛矿膜的形貌58-59
• 3.3.5 TiO_2/PCBB-2CN-2C8复合层的X射线衍射表征59-60
• 3.3.6 TiO_2/PCBB-2CN-2C8/钙钛矿膜的紫外可见吸收及透射光谱60
• 3.3.7 器件能级及形貌表征60-61
• 3.3.8 钙钛矿太阳能电池的光伏性能及迟滞效应研究61-64
• 3.3.9 PCBB-2CN-2C8钝化缺陷态机理研究64-66
• 3.3.10 器件稳定性能研究66-67
• 3.4 本章小结67-69
• 第四章 总结与展望69-71
• 4.1 全文总结69-70
• 4.2 问题与展望70-71
• 参考文献71-85
• 攻读硕士期间发表论文85-86
• 附录86-88
• 致谢88-89

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本文编号：500727