三类n-型有机半导体材料的制备及其光伏性能研究
发布时间：2021-09-06 08:16
有机太阳能电池具有巨大的商业化潜力,其能量转换效率已超过17%,但与无机电池的效率仍有一定的差距。与无机材料相比,有机半导体材料最大优势在于其可设计性强,可通过优化材料的结构提升器件的光伏性能。富勒烯类材料曾是性能最优异的有机光伏受体材料,相应器件效率已超过11%,但其较低的LUMO能级与较弱的吸收限制了器件性能。为了克服这些缺点,科学家设计合成了许多新型受体材料。本文以有机太阳能电池为研究对象,设计合成了三类新型受体材料,并研究了材料的分子结构与光伏性能的关系。（1）含不同烷基侧链的萘酰亚胺聚合物的合成及其光伏性能研究侧链工程是优化聚合物材料光伏性能的策略之一。本文设计合成了含不同烷基侧链的萘酰亚胺聚合物P（NDIEH-TT）与P（NDIEH-TH2）。聚合物表征表明,较小位阻异辛基使P（NDIEHTT）具有比N2200更强的π-π堆积及更窄的带隙,但同时其溶解性较N2200大幅度降低,甚至无法通过溶液法制备器件。在噻吩处引入己基侧链使P（NDIEH-TH2）的溶解性较N2200与P（NDIEH-TT）有较大的提升;但一定程度上阻碍了聚合物的π-π堆积,使带隙变宽、迁移率降低。PBD...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各类太阳能电池最高效率图
邮电大学硕士研究生学位论文 第一章子间相互作用几乎不存在 Wannier 激子。Frenkel 激子中电子与空穴的距离一般小于常数，约为 5 ；对于有机材料而言，Frenkel 激子分布于一个分子内。由于半径较kel 激子中电子与空穴的库仑相互作用力较强，束缚能约为 0.3-1 eV，往往需要在外的作用下激子才能解离。在肖特基型器件中，激子解离的驱动力主要来源于内建电建电场所能提供的能量较弱，不能使激子充分解离。未解离的激子易复合并释放出能生光电流，所以肖特基型器件的效率不高。CT 激子的半径介于 Wannier 与 Frenkel，为激子解离过程可能存在的一个中间态，即电子与空穴处于不同的分子间但仍存互作用。
图 1-2 单层有机太阳能电池器件结构与工作原理示意图.2 双层异质结器件1986 年，邓青云博士[12]模仿无机异质结太阳能电池，以苝酰亚胺（PDI）衍生物为受菁（CuPc）为给体制备了一种新型结构器件即双层异质结器件，将效率提高至 1%，的一个重要突破。双层异质结器件的结构如图 1-3 所示，其工作原理主要可分为四个过程：1、材料吸生激子；2、激子扩散至异质结处（即 D/A 界面）；3、激子解离产生载流子；4、电收集。此结构最重要的创新在于引入一种新的电荷分离机制，激子解离的驱动力主受体材料的能级差，显著提高了激子解离效率。此结构的另一大创新点是引入独立空穴传输通道，降低双分子复合几率进而提升器件性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]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：3387103
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各类太阳能电池最高效率图
邮电大学硕士研究生学位论文 第一章子间相互作用几乎不存在 Wannier 激子。Frenkel 激子中电子与空穴的距离一般小于常数，约为 5 ；对于有机材料而言，Frenkel 激子分布于一个分子内。由于半径较kel 激子中电子与空穴的库仑相互作用力较强，束缚能约为 0.3-1 eV，往往需要在外的作用下激子才能解离。在肖特基型器件中，激子解离的驱动力主要来源于内建电建电场所能提供的能量较弱，不能使激子充分解离。未解离的激子易复合并释放出能生光电流，所以肖特基型器件的效率不高。CT 激子的半径介于 Wannier 与 Frenkel，为激子解离过程可能存在的一个中间态，即电子与空穴处于不同的分子间但仍存互作用。
图 1-2 单层有机太阳能电池器件结构与工作原理示意图.2 双层异质结器件1986 年，邓青云博士[12]模仿无机异质结太阳能电池，以苝酰亚胺（PDI）衍生物为受菁（CuPc）为给体制备了一种新型结构器件即双层异质结器件，将效率提高至 1%，的一个重要突破。双层异质结器件的结构如图 1-3 所示，其工作原理主要可分为四个过程：1、材料吸生激子；2、激子扩散至异质结处（即 D/A 界面）；3、激子解离产生载流子；4、电收集。此结构最重要的创新在于引入一种新的电荷分离机制，激子解离的驱动力主受体材料的能级差，显著提高了激子解离效率。此结构的另一大创新点是引入独立空穴传输通道，降低双分子复合几率进而提升器件性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]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：3387103
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