N-型材料的合成及光伏性能研究

发布时间：2017-12-18 12:18

  本文关键词：N-型材料的合成及光伏性能研究

  更多相关文章： n-型材料 合成 光伏性质

【摘要】：有机太阳能电池具有成本低、重量轻、可弯曲、可溶液加工且可以大面积制备等优点,因此受到学术界和产业界的广泛关注。近年来,有机太阳能电池发展迅速且取得了显著的成果。基于聚合物给体材料的单结太阳能电池光电转换效率(PCE)已经超过12%,而基于小分子给体材料的单结太阳能电池也取得了超过11%的效率。相比于给体材料的迅速发展,受体材料则发展缓慢。高性能的给体和受体材料是有机太阳能电池的核心。设计合成拥有强而宽的吸收光谱、合适的电子能级、高且平衡的载流子迁移率的有机光伏材料仍是十分重要的任务。本论文以n-型材料的合成及表征为主,主要基于NDI、PDI、IDT、噻吩、并噻吩、三并噻吩、TVT、FVF等构筑单元,设计、合成了一系列n-型聚合物和小分子,并研究了它们的热学、光学及电化学性能,并以J51、J50、PTB7-Th等为聚合物给体材料,研究了聚合物太阳能电池的光伏性能,总结了其结构与性能的关系,为高效聚合物太阳能电池的设计、合成提供了一定的指导意义。本文的主要研究内容包括:(1)以IDT和NDI分别为给体和受体单元合成了一种共轭聚合物P(IDT-NDI)受体,以J50、J51、PTB7-Th作为共轭聚合物给体,测定了全聚合物太阳能电池的光伏性能。其中基于P(IDT-NDI)和J51的器件光伏性能光电转换效率达到了 5.33%(Jsc= 9.55 mA/cm~2;V_(oc)= 0.93 V;FF= 0.603)。结果表明,活性层中给受体吸收互补和能级匹配对提高全聚合物太阳能电池的光伏性能具有十分重要的意义。(2)以NDI为受体单元,分别以噻吩、并噻吩和并三噻吩为给体单元合成了三种聚合物受体P(NDI-T)、P(NDI-TT)和P(NDI-TDT)。并以J51为聚合物给体,分别测定了三种全聚合物太阳能电池的光伏性能,其光电转换效率分别是2.59%,3.70%和5.10%。结果表明,在以NDI为受体单元的D-A共聚物中,随着给体单元中共平面的噻吩环数的增多,共轭聚合物受体的带隙降低,吸收变宽,从而提高了全聚合物太阳能电池器件的光伏性能。(3)以NDI为受体单元,分别以TVT和FVF为给体单元合成了两种共轭聚合物受体P(NDI-TVT)和P(NDI-FVF)。并以J51为共轭聚合物给体,分别测定了两种全聚合物太阳能电池的光伏性能,其中,基于J51:P(NDI-TVT)的全聚合物太阳能电池的最高能量转化效率为6.43%,而基于J51:P(NDI-FVF)的全聚合物太阳能电池的最高能量转化效率为5.21%。(4)以NDI为受体单元,分别以联二硒酚和二硒酚乙烯(SVS)为给体单元合成了两种n-型共轭聚合物受体材料P(NDI-Se2)和P(NDI-SVS)。并以J61为p-型共轭聚合物给体,分别测定了两种全聚合物太阳能电池的光伏性能,其中,基于J61:P(NDI-Se2)的全聚合物太阳能电池的最高能量转化效率为2.30%,而基于J61:P(NDI-SVS)的全聚合物太阳能电池的最高能量转化效率为1.20%。(5)以PDI和并[3,2-b]噻吩为原料,合成一种大平面的傒酰亚胺衍生物小分子(PDI-TT-PDI),并以PCE10为给体,以PDI-TT-PDI为受体,考查了不同给受体比例、添加剂含量、不同退火温度对于器件效率的影响。结果表明,当给受体质量比为1:1.5,添加0.5%的DIO做添加剂,并在110℃热退火30 min后得到最高的光电转换效率(PCE)为3.57%。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O631;TM914.4

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 潘亮;诸跃进;胡本林;;给体-受体型聚西佛碱的电致阻变效应[J];宁波大学学报(理工版);2014年03期

2 王栋一,曹维孝,冯新德;含氮给体引发剂的结构效应[J];科学通报;1989年01期

3 李在房;彭强;和平;王艳玲;侯秋飞;李本林;田文晶;;可溶液加工给体-受体有机小分子太阳能电池材料研究进展[J];有机化学;2012年05期

4 侯宪冰;马晓燕;朱小波;;聚合物太阳能电池给体材料研究进展[J];高分子通报;2012年01期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 王逸凡;白会涛;占肖卫;;不同受体单元对基于三苯胺小分子给体材料的影响[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第25分会：有机光伏[C];2014年

2 薄志山;;用于聚合物太阳电池的平面型给体聚合物材料[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题G：光电功能高分子[C];2013年

3 孙莹;林保平;;聚合物体异质结太阳能电池中给体材料表面能调控及其光电性能研究[A];中国化学会第28届学术年会第5分会场摘要集[C];2012年

4 薄志山;李翠红;李光武;危和狄;;高效率的宽带隙聚合物给体材料的设计合成与光伏性能研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第25分会：有机光伏[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前9条

1 臧旭峰;新型吡咯并吡咯并吡咯二酮纯有机染料的合成及其光伏性能的研究[D];华南理工大学;2015年

2 王历平;含烯键和炔键的有机小分子给体材料的设计、合成及其在有机太阳能电池中的应用[D];华南理工大学;2015年

3 孙世新;有机小分子太阳能电池给体材料的合成与性质研究[D];兰州大学;2015年

4 阚媛媛;醇溶性阴极界面聚合物和小分子给体材料的设计合成与光电性能研究[D];华南理工大学;2016年

5 高珂;基于卟啉小分子太阳电池给体的设计与合成及器件性能与形貌机理研究[D];华南理工大学;2016年

6 薛灵伟;N-型材料的合成及光伏性能研究[D];北京科技大学;2017年

7 李耀文;聚合物体异质结太阳能电池：给体材料的设计、合成及性质[D];吉林大学;2010年

8 陈红余;ET类正组元导电分子晶体及相关负离子工程[D];山东大学;2006年

9 王明;新型窄带隙聚合物太阳电池给体材料的设计合成与应用[D];华南理工大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 夏炎;以二芴基芳胺为端基的小分子给体材料的合成与光伏性能研究[D];华南理工大学;2015年

2 徐忠杰;苯并二硒吩聚合物和芳香杂环并吡嗪聚合物给体材料的合成及在太阳能电池中的应用[D];苏州大学;2015年

3 缴春明;新型氟代太阳能电池给体材料的合成及性能研究[D];宁波大学;2015年

4 邓鸣;混合给体有机小分子光伏器件性能的研究[D];电子科技大学;2015年

5 候荣彦;基于噻吩—苯—噻吩给体结构单元的共轭聚合物的合成及光伏性能[D];湘潭大学;2015年

6 宿文燕;基于苯并二噻吩和三苯胺单元的D-A型有机给体材料的合成及光伏性能研究[D];湘潭大学;2015年

7 乔宗华;具有宽吸收谱的氟取代四元聚合物给体材料的合成及光伏性能研究[D];太原理工大学;2016年

8 张超;新型聚合物太阳能电池给体材料的制备与光电性能研究[D];东南大学;2015年

9 武卓;小分子太阳能电池给体材料的合成及其高性能光伏应用的研究[D];北京理工大学;2016年

10 肖飞;基于引达省的小分子太阳能电池给体材料的设计、合成与光伏性能的研究[D];北京理工大学;2016年

，

本文编号：1304136