方酸菁半导体材料的设计合成及其在光伏器件中的应用
发布时间：2021-10-10 04:44
方酸菁是一类具有给体-受体-给体结构的有机染料分子,不但合成简便,还在可见光及近红外区表现出强吸收,且光稳定性与化学稳定性良好,因此作为一种有机半导体材料被广泛应用于诸多领域。目前,方酸菁作为给体材料应用于本体异质结有机太阳能电池（BHJ-OSCs）时遇到一个重要问题是其空穴迁移率偏低,导致填充因子不高,限制了器件效率的提升。此外,非富勒烯太阳能电池近来取得了巨大的研究进展,但将方酸菁应用于在非富勒烯OSCs的报道还十分少见,这主要是因为其与非富勒烯受体之间的相容性不佳,难以形成合成的BHJ形貌。另一方面,方酸菁作为一种两性离子结构p型半导体,其能级不但与钙钛矿匹配,且天然含有羰基等钝化基团,因而是钙钛矿太阳能电池（PVSCs）空穴传输材料（HTMs）的合适选择,但目前此类应用也较少。基于此,方酸菁在OSCs和PVSCs中存在着巨大的应用潜力。本论文以不对称方酸菁为基础,通过合理分子设计,制备了一系列方酸菁小分子及聚合物,详细表征了它们的光物理性质和空穴传输能力,并系统研究了它们在OSCs及PVSCs中的应用。（1）利用苯并吲哚啉异构体和含不同取代基的硫代吡喃亚胺盐作为末端基团,合成了...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 有机太阳能电池简介
1.2.1 有机太阳能电池的器件结构与参数
1.2.2 有机太阳能电池的制备工艺
1.2.3 有机太阳能电池的研究进展
1.3 钙钛矿太阳能电池简介及非掺杂空穴传输层的研究进展
1.3.1 钙钛矿太阳能电池简介
1.3.2 钙钛矿太阳能电池中非掺杂空穴传输材料的研究进展
1.4 方酸菁结构性能简介及其在有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池中的应用
1.4.1 方酸菁的结构及性能
1.4.2 方酸菁在有机太阳能电池中的研究进展
1.4.3 方酸菁在钙钛矿太阳能电池中的研究进展
1.5 本论文的研究思路
2 不对称方酸菁小分子的设计合成及光电性能研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验试剂及仪器
2.2.2 合成路线及步骤
2.2.3 器件制备及表征
2.3 结果与讨论
2.3.1 合成及表征
2.3.2 单晶X射线衍射解析
2.3.3 紫外-可见-近红外吸收光谱分析
2.3.4 电化学性质
2.3.5 热稳定性分析
2.3.6 有机场效应管性能研究
2.3.7 有机太阳能电池器件性能研究
2.4 本章小结
3 “蝴蝶型”方酸菁二聚体的设计合成及光伏性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料及方法
3.2.2 合成路线及步骤
3.2.3 器件制备及表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 合成及表征
3.3.2 光物理性质分析
3.3.3 密度泛函理论计算分析
3.3.4 分子排列分析
3.3.5 有机太阳能电池性能研究
3.4 本章小结
4 准二维方酸菁聚合物的设计合成及光伏性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验材料及方法
4.2.2 合成路线及步骤
4.2.3 器件制备及表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 合成及表征
4.3.2 光物理性质分析
4.3.3 密度泛函理论计算分析
4.3.4 有机太阳能电池性能研究
4.3.5 反式钙钛矿太阳能电池器件性能研究
4.4 本章小结
5 二维共轭型方酸菁聚合物的设计合成及在富勒烯/非富勒烯太阳能电池中的应用
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验材料及方法
5.2.2 合成路线及步骤
5.2.3 器件制备及表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 合成及表征
5.3.2 光物理性质分析
5.3.3 密度泛函理论计算分析
5.3.4 富勒烯类有机太阳能电池的性能研究
5.3.5 非富勒烯类有机太阳能电池的性能研究
5.4 本章小结
6 方酸菁聚合物的设计合成及作为非掺杂空穴传输材料在全无机钙钛矿太阳能电池中的应用
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 实验材料及方法
6.2.2 合成路线及步骤
6.2.3 器件制备及表征
6.3 结果与讨论
6.3.1 合成及表征
6.3.2 方酸菁与Pb2+的作用研究
6.3.3 光物理性质分析
6.3.4 密度泛函理论计算分析
6.3.5 空穴迁移率测试
6.3.6 聚合物堆积行为研究
6.3.7 钙钛矿太阳能电池器件性能研究
6.4 本章小结
7 总结及展望
7.1 全文总结
7.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士期间发表及待发表的论文
附录2 符号缩写、化合物的单晶数据及核磁谱图
【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：3427671
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 有机太阳能电池简介
1.2.1 有机太阳能电池的器件结构与参数
1.2.2 有机太阳能电池的制备工艺
1.2.3 有机太阳能电池的研究进展
1.3 钙钛矿太阳能电池简介及非掺杂空穴传输层的研究进展
1.3.1 钙钛矿太阳能电池简介
1.3.2 钙钛矿太阳能电池中非掺杂空穴传输材料的研究进展
1.4 方酸菁结构性能简介及其在有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池中的应用
1.4.1 方酸菁的结构及性能
1.4.2 方酸菁在有机太阳能电池中的研究进展
1.4.3 方酸菁在钙钛矿太阳能电池中的研究进展
1.5 本论文的研究思路
2 不对称方酸菁小分子的设计合成及光电性能研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验试剂及仪器
2.2.2 合成路线及步骤
2.2.3 器件制备及表征
2.3 结果与讨论
2.3.1 合成及表征
2.3.2 单晶X射线衍射解析
2.3.3 紫外-可见-近红外吸收光谱分析
2.3.4 电化学性质
2.3.5 热稳定性分析
2.3.6 有机场效应管性能研究
2.3.7 有机太阳能电池器件性能研究
2.4 本章小结
3 “蝴蝶型”方酸菁二聚体的设计合成及光伏性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料及方法
3.2.2 合成路线及步骤
3.2.3 器件制备及表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 合成及表征
3.3.2 光物理性质分析
3.3.3 密度泛函理论计算分析
3.3.4 分子排列分析
3.3.5 有机太阳能电池性能研究
3.4 本章小结
4 准二维方酸菁聚合物的设计合成及光伏性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验材料及方法
4.2.2 合成路线及步骤
4.2.3 器件制备及表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 合成及表征
4.3.2 光物理性质分析
4.3.3 密度泛函理论计算分析
4.3.4 有机太阳能电池性能研究
4.3.5 反式钙钛矿太阳能电池器件性能研究
4.4 本章小结
5 二维共轭型方酸菁聚合物的设计合成及在富勒烯/非富勒烯太阳能电池中的应用
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验材料及方法
5.2.2 合成路线及步骤
5.2.3 器件制备及表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 合成及表征
5.3.2 光物理性质分析
5.3.3 密度泛函理论计算分析
5.3.4 富勒烯类有机太阳能电池的性能研究
5.3.5 非富勒烯类有机太阳能电池的性能研究
5.4 本章小结
6 方酸菁聚合物的设计合成及作为非掺杂空穴传输材料在全无机钙钛矿太阳能电池中的应用
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 实验材料及方法
6.2.2 合成路线及步骤
6.2.3 器件制备及表征
6.3 结果与讨论
6.3.1 合成及表征
6.3.2 方酸菁与Pb2+的作用研究
6.3.3 光物理性质分析
6.3.4 密度泛函理论计算分析
6.3.5 空穴迁移率测试
6.3.6 聚合物堆积行为研究
6.3.7 钙钛矿太阳能电池器件性能研究
6.4 本章小结
7 总结及展望
7.1 全文总结
7.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士期间发表及待发表的论文
附录2 符号缩写、化合物的单晶数据及核磁谱图
【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：3427671
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