芘功能化二嵌段共軛聚合物的協(xié)同組裝及其在有機(jī)太陽能電池中的研究

【摘要】：近年來，有機(jī)太陽能電池因其質(zhì)量輕、柔性強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注。但其器件光電轉(zhuǎn)換率低，性能不穩(wěn)定制約了其在商業(yè)化上的發(fā)展。為了提高有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，可從兩個方面進(jìn)行，一是設(shè)計合成新的給體和受體材料以調(diào)控活性層的形貌，另一個就是對器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，如界面層等。針對以上兩個方面，本文合成具有相同基團(tuán)的給體和受體材料以及高導(dǎo)電性的復(fù)合材料，分別對活性層形貌進(jìn)行調(diào)控和對器件性能進(jìn)行優(yōu)化。主要內(nèi)容如下： 本文首先證明了一個非常簡易的形成穩(wěn)定和有序BHJ納米形貌的方法。文章中成功合成了新穎的芘(Py)-功能化二嵌段共聚物聚3-己基噻吩-b-聚3-(10-(1-芘)癸氧基)噻吩(P3HT-b-P3TPy)和芘(Py)-功能化富勒烯衍生物[6，6]-苯基-C61-丁酸芘酯(PCBPy)。功能化富勒烯和P3TPy段之間Py基團(tuán)相互交叉堆疊的π-π作用可以使P3HT-b-P3TPy與PCBPy進(jìn)行協(xié)同組裝，并且Py基團(tuán)的定向作用也可以提高分子的排例。與常態(tài)和熱處理相比，溶劑退火中膜的緩慢生長可以促進(jìn)P3HT-b-P3TPy:PCBPy的協(xié)同組裝。值得注意的是，微觀結(jié)構(gòu)的組裝很大程度上取決于聚噻吩鏈間的相互作用與Py基團(tuán)相互作用之間的競爭。共聚物中P3TPy段比例低時，共混物的形貌與P3HT：PCBM的相類似。然而，Py基團(tuán)的量達(dá)到一定程度時則趨向于P3HT-b-P3TPy和PCBPy分子間的π-π相互堆疊作用。因此，P3HT-b-P3TPy(3/1)和PCBPy在異質(zhì)結(jié)界面處形成了有序的納米線結(jié)構(gòu)，其區(qū)域大小約為10-20nm，這剛好可以擴(kuò)大給受體界面面積和提供電子-空穴傳輸雙連續(xù)通道以利于電荷的有效傳輸。此外，P3HT-b-P3TPy和PCBPy間協(xié)同組裝可有效地抑制PCBPy的相分離，從而提高共混物形貌的穩(wěn)定性。 然后，重新合成了二嵌段聚合物聚3-己基噻吩-b-聚3-(10-(1-芘)癸氧基)噻吩(P3HT-b-P3TPy)，通過其芘基團(tuán)與單壁碳納米管的π-π堆疊作用使聚合物負(fù)載在碳納米管上，從而分散得到了復(fù)合材料SWNTs/P3HT-b-P3TPy。該復(fù)合材料具有很好的電荷傳輸性能，預(yù)計可在正向體相異質(zhì)結(jié)太陽能電池替代LiF作為電子傳輸層，也可在反向器件中修飾ZnO的缺陷并提高其電子的傳導(dǎo)率，最終提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 二嵌段共軛聚合物 芘 協(xié)同組裝 π-π堆疊 單壁碳納米管
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：O633.5;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-30
• 1.1 引言9
• 1.2 有機(jī)太陽能電池9-13
• 1.2.1 有機(jī)太陽能電池的工作原理9-11
• 1.2.2 有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.3 有機(jī)太陽能電池的性能參數(shù)12-13
• 1.3 聚合物太陽能電池中常見高效的共軛聚合物13-22
• 1.3.1 聚芴(PF)及其衍生物14-15
• 1.3.2 聚咔唑(PC)及其衍生物15-17
• 1.3.3 苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩類(BDT)共聚物17-19
• 1.3.4 液晶共軛聚合物19-20
• 1.3.5 嵌段共聚物20-22
• 1.4 D-A 共軛聚合物中常見高效的缺電子基團(tuán)22-24
• 1.4.1 2,1,3-苯并噻二唑(BT)22-23
• 1.4.2 二酮吡咯并吡咯(DPP)23
• 1.4.3 苯并吡嗪23-24
• 1.5 體相異質(zhì)結(jié)太陽能電池活性層的分子設(shè)計及其形貌調(diào)控24-28
• 1.6 本課題提出的意義和研究內(nèi)容28-30
• 第2章 芘-功能化給/受體共混物通過分子間非共價π-π相互作用協(xié)同組裝成穩(wěn)定有序的納米形貌30-50
• 2.1 引言30-31
• 2.2 實(shí)驗部分31-36
• 2.2.1 實(shí)驗藥品31-32
• 2.2.2 實(shí)驗儀器及設(shè)備32-33
• 2.2.3 材料的合成33-36
• 2.3 結(jié)果與討論36-48
• 2.3.1 結(jié)構(gòu)表征36-39
• 2.3.2 光學(xué)性能39-43
• 2.3.3 X 射線衍射43-45
• 2.3.4 組裝形貌45-48
• 2.3.5 穩(wěn)定性48
• 2.4 本章小結(jié)48-50
• 第3章 通過芘功能化二嵌段共軛聚合物分散的單壁碳納米管作為電子緩沖層在有機(jī)太陽能電池中的研究50-59
• 3.1 引言50-51
• 3.2 實(shí)驗部分51-54
• 3.2.1 實(shí)驗藥品51-52
• 3.2.2 實(shí)驗儀器及設(shè)備52-53
• 3.2.3 器件的制備及性能表征53-54
• 3.2.4 材料的合成54
• 3.3 結(jié)果與討論54-58
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)表征54-56
• 3.3.2 反向器件的性能56-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 第4章 結(jié)論與展望59-61
• 4.1 結(jié)論59-60
• 4.2 展望60-61
• 致謝61-62
• 參考文獻(xiàn)62-72
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果72

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