有機(jī)太陽(yáng)能電池中的光物理過(guò)程研究

【摘要】： 有機(jī)太陽(yáng)能電池以其清潔、可彎曲和易于大面積制作等優(yōu)點(diǎn)成為新能源研究中的熱點(diǎn),而有機(jī)太陽(yáng)能電池要真正成為一種低成本、有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的可替代綠色能源,首先必須在光電轉(zhuǎn)換效率方面取得突破。在有機(jī)太陽(yáng)能電池中,激子復(fù)合是影響光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素,為了洞悉有機(jī)太陽(yáng)能電池中的光致電子轉(zhuǎn)移機(jī)理,本文以馬庫(kù)斯(Marcus)電子轉(zhuǎn)移理論為基礎(chǔ),通過(guò)熒光猝滅重點(diǎn)研究低聚噻吩與富勒烯間的光致電子轉(zhuǎn)移規(guī)律。主要研究工作及取得的創(chuàng)新性成果如下: (1)由于低聚噻吩與富勒烯的吸收譜存在交迭,研究中將不可避免地遇到內(nèi)濾效應(yīng)影響的問(wèn)題。熒光內(nèi)濾效應(yīng)的作用將會(huì)對(duì)光譜測(cè)量產(chǎn)生不可忽視的干擾,使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映熒光猝滅的程度,從而也就無(wú)法正確地分析材料間的電子轉(zhuǎn)移效率。針對(duì)這一難題,本文首先就內(nèi)濾效應(yīng)中的競(jìng)爭(zhēng)吸收和再吸收過(guò)程對(duì)熒光猝滅率的影響機(jī)理分別進(jìn)行了研究,通過(guò)建立二元系統(tǒng)混合吸收的物理模型,提出了去除內(nèi)濾效應(yīng)影響的校正方法,為獲取正確可靠的熒光猝滅率提供了保障,也為解決內(nèi)濾效應(yīng)影響這一光譜分析中的共性問(wèn)題提供了一條新的途徑。 (2)施主、受主間的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程宏觀地體現(xiàn)為熒光的猝滅,通過(guò)熒光分析就能研究低聚噻吩與富勒烯間的電子轉(zhuǎn)移效率。借助本文所發(fā)明的校正方法,首次對(duì)低聚噻吩(3T～7T)與富勒烯(C_(60)、C_(70)、C_(84))間的熒光猝滅進(jìn)行了系統(tǒng)性研究,發(fā)現(xiàn)了光致電子轉(zhuǎn)移效率隨低聚噻吩分子鏈長(zhǎng)及富勒烯電子親和力變化的規(guī)律;同時(shí),根據(jù)Marcus的電子轉(zhuǎn)移理論,對(duì)描述電子轉(zhuǎn)移可能性的自由能變化進(jìn)行了研究,利用Weller方程對(duì)所發(fā)現(xiàn)的電子轉(zhuǎn)移規(guī)律進(jìn)行了印證。 (3)為了了解取代基對(duì)電子轉(zhuǎn)移效率的影響,本文首次對(duì)引入取代基的三聯(lián)噻吩(3P)與富勒烯(C_(60)、C_(70)、C_(84))間的熒光猝滅進(jìn)行研究,并與參照材料(5T)進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果表明其與富勒烯間的電子轉(zhuǎn)移效率同樣依賴于富勒烯的電子親和力,且熒光猝滅率有所上升,但引入取代基后,光吸收及本征熒光強(qiáng)度有所下降。研究結(jié)果對(duì)于有機(jī)光敏材料的合成具有指導(dǎo)意義。 (4)有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備技術(shù)是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵。本文對(duì)基于低聚噻吩(6T、7T)和富勒烯(C_(60)、C_(70))的有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備進(jìn)行探索性研究,取得了階段性進(jìn)展和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),為今后研究工作的深入開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。 本文的研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金的資助(項(xiàng)目編號(hào):20573030)。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)太陽(yáng)能電池 熒光猝滅 電子轉(zhuǎn)移效率 內(nèi)濾效應(yīng) 富勒烯
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 致謝11-15
• 插圖清單15-18
• 表格清單18-19
• 第一章 緒論19-27
• 1.1 溫室效應(yīng)19-20
• 1.2 可再生能源20-24
• 1.2.1 太陽(yáng)能20-22
• 1.2.2 太陽(yáng)能電池22
• 1.2.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池的發(fā)展及現(xiàn)狀22-24
• 1.3 課題的提出24-25
• 1.4 課題來(lái)源25
• 1.5 課題的目的、意義及主要研究?jī)?nèi)容25-27
• 1.5.1 課題的目的、意義25-26
• 1.5.2 主要研究?jī)?nèi)容26-27
• 第二章 熒光內(nèi)濾效應(yīng)校正方法的研究27-46
• 2.1 紫外-可見(jiàn)分光光度法27-29
• 2.1.1 光致激發(fā)27-28
• 2.1.2 吸收光譜的測(cè)量28-29
• 2.2 熒光分光光度法29-33
• 2.2.1 熒光的產(chǎn)生29
• 2.2.2 影響熒光光譜的因素29-31
• 2.2.3 熒光猝滅31-32
• 2.2.4 熒光光譜的測(cè)量32-33
• 2.3 內(nèi)濾效應(yīng)影響熒光猝滅的機(jī)理研究33-36
• 2.4 內(nèi)濾效應(yīng)校正方法研究36-40
• 2.4.1 對(duì)競(jìng)爭(zhēng)吸收的校正36-39
• 2.4.2 對(duì)再吸收的校正39-40
• 2.5 關(guān)于校正方法的說(shuō)明40-42
• 2.5.1 競(jìng)爭(zhēng)吸收的校正方法說(shuō)明40
• 2.5.2 再吸收的校正方法說(shuō)明40-42
• 2.6 校正效果檢驗(yàn)42-44
• 2.7 本章小結(jié)44-46
• 第三章 低聚噻吩與富勒烯間光致電子轉(zhuǎn)移的熒光猝滅研究46-87
• 3.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池原理46-52
• 3.1.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池的工作原理及結(jié)構(gòu)特征47-49
• 3.1.2 π-共軛聚合物的特性49-52
• 3.1.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池研究中的關(guān)鍵問(wèn)題52
• 3.2 能量轉(zhuǎn)移和電子轉(zhuǎn)移理論52-57
• 3.2.1 F?rster 和Dexter 能量轉(zhuǎn)移理論53-54
• 3.2.2 Marcus 電子轉(zhuǎn)移理論54-57
• 3.3 電荷分離熱力學(xué)57-58
• 3.4 施主/受主系統(tǒng)中的光物理過(guò)程及光譜檢測(cè)58-59
• 3.5 四噻吩與富勒烯(C_(60)、C_(70)、C_(84))間光致熒光猝滅的研究59-66
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)部分59-62
• 3.5.2 數(shù)據(jù)校正處理62-64
• 3.5.3 結(jié)果分析64-66
• 3.6 低聚噻吩與富勒烯間光致熒光猝滅的系統(tǒng)研究66-85
• 3.6.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑66
• 3.6.2 富勒烯和低聚噻吩的吸收光譜測(cè)量66-68
• 3.6.3 3T/富勒烯(C_(60)，C_(70)，C_(84))的熒光光譜測(cè)量及數(shù)據(jù)處理68-71
• 3.6.4 4T/富勒烯(C_(60)，C_(70)，C_(84))的熒光光譜測(cè)量及數(shù)據(jù)處理71-74
• 3.6.5 5T/富勒烯(C_(60)，C_(70)，C_(84))的熒光光譜測(cè)量及數(shù)據(jù)處理74-76
• 3.6.6 6T/富勒烯(C_(60)，C_(70)，C_(84))的熒光光譜測(cè)量及數(shù)據(jù)處理76-79
• 3.6.7 7T/富勒烯(C_(60)，C_(70)，C_(84))的熒光光譜測(cè)量及數(shù)據(jù)處理79-81
• 3.6.8 電子親和力相關(guān)的熒光猝滅分析81-84
• 3.6.9 低聚噻吩分子鏈長(zhǎng)相關(guān)的熒光猝滅分析84-85
• 3.7 本章小結(jié)85-87
• 第四章 低聚噻吩衍生材料的熒光猝滅研究87-94
• 4.1 3P 的分子結(jié)構(gòu)和光譜特征87-89
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分89-91
• 4.2.1 吸收譜測(cè)量89
• 4.2.2 3P/富勒烯(C_(60)，C_(70)，C_(84))熒光光譜測(cè)量89-91
• 4.3 數(shù)據(jù)校正處理91-92
• 4.4 結(jié)果分析92-93
• 4.4.1 3P 熒光猝滅與富勒烯電子親和力的關(guān)系92
• 4.4.2 3P 與5T 的熒光猝滅比較92
• 4.4.3 取代基影響熒光猝滅的動(dòng)力學(xué)分析92-93
• 4.5 本章小結(jié)93-94
• 第五章 制備有機(jī)太陽(yáng)能電池的研究94-99
• 5.1 鍍膜實(shí)驗(yàn)94-96
• 5.1.1 四噻吩（4T）的鍍膜實(shí)驗(yàn)94-95
• 5.1.2 六噻吩（6T）和七噻吩（7T）的鍍膜實(shí)驗(yàn)95
• 5.1.3 富勒烯（C_(60)、C_(70)、C_(84)）的鍍膜實(shí)驗(yàn)95
• 5.1.4 雙層膜的制備實(shí)驗(yàn)95-96
• 5.1.5 背電極的制備實(shí)驗(yàn)96
• 5.2 檢測(cè)實(shí)驗(yàn)及分析96-98
• 5.3 本章小結(jié)98-99
• 第六章 總結(jié)與展望99-101
• 6.1 研究總結(jié)99
• 6.2 工作展望99-101
• 參考文獻(xiàn)101-107
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及成果107-108

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加拿大國(guó)家研究理事會(huì)研究開(kāi)發(fā)有機(jī)太陽(yáng)能電池    

加拿大國(guó)家研究理事會(huì)研究開(kāi)發(fā)有機(jī)太陽(yáng)能電池    

有機(jī)太陽(yáng)能電池效率提高至6.5%    

有機(jī)太陽(yáng)能電池有望商品化    田禾;

有機(jī)太陽(yáng)能電池技術(shù)及市場(chǎng)展望    莊陶鈞;劉亞?wèn)|;

太陽(yáng)能電池與儲(chǔ)能設(shè)備技術(shù)的開(kāi)發(fā)    杜以會(huì);

有機(jī)太陽(yáng)能電池的工作原理及研究進(jìn)展    張?？?

有機(jī)太陽(yáng)能電池理論轉(zhuǎn)換效率接近100%    葉子;

綜研化學(xué)和神戶大學(xué)開(kāi)發(fā)出p型半導(dǎo)體P3HT的新合成法,可用于有機(jī)太陽(yáng)能電池    鄭冬冬;

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采用PEO為陰極修飾層提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性    田慧;徐昊;楊利營(yíng);印壽根;

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基于碳納米管纖維的有機(jī)太陽(yáng)能電池    陳濤;仰志斌;彭慧勝;

基于取向碳納米管膜的柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池    仰志斌;陳濤;何瑞旋;彭慧勝;

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有機(jī)太陽(yáng)能電池ITO電極的光刻制備法及其研究    席曦;王振交;楊輝;喬琦;季靜佳;陸紅艷;李果華;

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美評(píng)估有機(jī)太陽(yáng)能電池對(duì)環(huán)境的影響    記者 毛黎

美國(guó)研發(fā)可拉伸有機(jī)太陽(yáng)能電池    蔡佳

德支持企業(yè)開(kāi)發(fā)有機(jī)太陽(yáng)能電池    記者 顧鋼

疊層型有機(jī)太陽(yáng)能電池接近商用    記者 邰舉

已在發(fā)電效率上取得重要進(jìn)展    記者 馮海波 通訊員 龔華萍

觸摸未來(lái)電子生活    張德強(qiáng) 高裕弟 劉嵩

光能轉(zhuǎn)換為電能的光電塑料技術(shù)    

2007年世界科技發(fā)展回顧(七)    本版編輯張浩 鄭曉春 鄧國(guó)慶 毛黎 何屹 顧鋼 何永晉

世界各國(guó)加快太陽(yáng)能應(yīng)用    劉林森

有機(jī)太陽(yáng)能電池中的光物理過(guò)程研究    陳向東

有機(jī)太陽(yáng)能電池的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)等效電路和多重電荷分離界面研究    黃江

基于聚合物的有機(jī)太陽(yáng)能電池的研制與表征    喬芬

有機(jī)太陽(yáng)能電池電學(xué)模型與數(shù)值研究    馬朝柱

有機(jī)聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池：分子結(jié)構(gòu)，表面形貌與新型器件結(jié)構(gòu)    周印華

電沉積制備聚噻吩有序微結(jié)構(gòu)及有機(jī)太陽(yáng)能電池    于偉利

有機(jī)光伏二極管的光電子性能研究    張光

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新型給受體分子的光電性質(zhì)研究    曲家利

陰極功函數(shù)對(duì)全濕法制備的有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的影響    錢一冰

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有機(jī)太陽(yáng)能電池中電極修飾的研究    史紹華

聚合物和小分子有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備和表征    閆鵬

基于三元體系混合物有機(jī)太陽(yáng)能電池的研究    范學(xué)東

銀納米顆粒表面等離子體增強(qiáng)有機(jī)太陽(yáng)能電池研究    周子游