小分子有机太阳能电池给体材料的设计、合成及应用

发布时间：2017-09-19 21:37

  本文关键词：小分子有机太阳能电池给体材料的设计、合成及应用

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【摘要】：使用有机半导体材料代替无机材料构成器件核心部分的有机太阳能电池正逐渐成为太阳能电池发展的一个新方向。根据材料分子量的大小,有机太阳能电池又可分为聚合物太阳能电池和小分子有机太阳能电池。相比高分子材料,小分子材料更易合成,且纯净度高、可重复性好、结构易调整。近年来,在小分子有机太阳能电池的研究中,设计开发新型给体材料一直是核心的研究内容之一。本论文引入了染料敏化太阳能电池的有机光敏染料中常用的吩噻嗪单元,设计并合成了具有D-π-A结构的化合物PTZ1和具有A-π-D-π-A结构的化合物PTZ2。经测试,与D-π-A结构的PTZ1相比,具有A-π-D-π-A对称结构的PTZ2对于波长在400 nm-700nm范围的太阳光有更好的吸收和转换,并在薄膜状态下表现出更好的固态堆积。分别将PTZ1和PTZ2作为给体材料与受体材料PC71BM混合,制备了反式结构的体异质结太阳能电池。相对基于PTZ1制备的电池,基于PTZ2制备的电池的光电转换效率大幅提升,达到了3.25%。为了获得更高的光电转换效率,本论文又以吩VA嗪替换了PTZ1和PTZ2中的核心单元吩噻嗪,合成了化合物POZ4和POZ6。相比以吩噻嗪为核心单元的PTZ1和PTZ2,POZ4和POZ6的紫外-可见吸收有了较大程度红移,其在薄膜状态的最大吸收波长分别达到了578 nm和615nm。同时,POZ4和POZ6的耐热性也有所提升,将它们与PC71BM混合制备的活性层在90℃进行15min的退火处理后,制备了正式结构的体异质结太阳能电池,其光电转换效率分别达到了3.58%和5.6%。
【关键词】：小分子有机太阳能电池 给体材料 吩噻嗪 盼嗯嗪
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-26
• 1.1 引言9-11
• 1.2 太阳能电池概况11-14
• 1.2.1 硅太阳能电池12-13
• 1.2.2 多元化合物薄膜太阳能电池13
• 1.2.3 纳米晶太阳能电池13-14
• 1.2.4 有机薄膜太阳能电池14
• 1.3 小分子有机太阳能电池14-25
• 1.3.1 小分子有机太阳能电池的基本原理15-16
• 1.3.2 小分子有机太阳能电池的正式结构与反式结构16-17
• 1.3.3 小分子有机太阳能电池性能衡量指标17-18
• 1.3.4 小分子有机太阳能电池材料简介18-25
• 1.4 选题依据和意义25-26
• 2 实验试剂、设备和技术26-31
• 2.1 小分子给体材料的合成与表征26-27
• 2.1.1 试剂与产物26
• 2.1.2 紫外-可见吸收光谱测试26
• 2.1.3 电化学性质测试26-27
• 2.1.4 密度泛函理论计算27
• 2.2 小分子有机太阳能电池的组装27-29
• 2.2.1 ITO导电玻璃的刻蚀与清洗27
• 2.2.2 电极修饰层的旋涂27-28
• 2.2.3 活性层的制备28
• 2.2.4 金属电极及修饰层的蒸镀28-29
• 2.3 小分子有机太阳能电池的光电性能测试29-30
• 2.3.1 小分子有机太阳能电池的光电转换效率29
• 2.3.2 小分子有机太阳能电池的单色光转换效率29-30
• 2.4 小分子有机太阳能电池活性层形貌的测量30-31
• 3 以吩VA嗪为核心单元的小分子给体材料的合成及应用31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 以吩VA嗪为核心单元的小分子给体材料的合成与表征31-37
• 3.2.1 目标分子PTZ1的合成31-32
• 3.2.2 目标分子PTZ2的合成32-33
• 3.2.3 PTZ1和PTZ2的紫外-可见吸收光谱33-35
• 3.2.4 PTZl和PTZ2的电化学性质35-36
• 3.2.5 PTZ1和PTZ2的密度泛函理论计算36-37
• 3.3 以吩VA嗪为核心单元的小分子有机太阳能电池的组装及性能研究37-42
• 3.3.1 器件的组装38
• 3.3.2 器件的光电转换性能38-40
• 3.3.3 器件的单色光转换效率40-41
• 3.3.4 活性层形貌的测量41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 以吩VA嗪为核心单元的小分子给体材料的合成及应用43-56
• 4.1 引言43
• 4.2 以吩VA嗪为核心单元的小分子给体材料的合成与表征43-49
• 4.2.1 目标分子POZ4的合成43-44
• 4.2.2 目标分子POZ6的合成44-46
• 4.2.3 POZ4和POZ6的紫外-可见吸收光谱46-47
• 4.2.4 POZ4和POZ6的电化学性质47-49
• 4.2.5 POZ4和POZ6的密度泛函理论计算49
• 4.3 以吩VA嗪为核心单元的小分子有机太阳能电池的组装及性能研究49-55
• 4.3.1 器件的组装50-51
• 4.3.2 器件的光电转换性能51-52
• 4.3.3 器件的单色光转换效率52-53
• 4.3.4 活性层形貌的测量53-54
• 4.3.5 空穴和电子迁移率54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 结论与展望56-58
• 参考文献58-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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2 李怀辉;王小平;王丽军;刘欣欣;梅翠玉;刘仁杰;江振兴;赵凯麟;;硅半导体太阳能电池进展[J];材料导报;2011年19期

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4 缪仁杰;李淑兰;;太阳能利用现状与发展前景[J];应用能源技术;2007年05期

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 田海宁;芳胺类光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究[D];大连理工大学;2009年

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本文编号：884067