富勒烯C_(60)衍生物的合成及在有機(jī)薄膜太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：有機(jī)太陽能電池憑借其制造成本低廉、質(zhì)輕、可柔性加工，加工性能好等優(yōu)勢而不斷引起科研工作者的關(guān)注。但較差的穩(wěn)定性和低的能量轉(zhuǎn)換效率也是制約聚合物太陽能電池發(fā)展的重要因素，使其達(dá)不到商業(yè)化要求。因此新型富勒烯C60衍生物的設(shè)計和合成對改善有機(jī)太陽能電池的性能有重要意義。 本文主要通過經(jīng)典的Patro反應(yīng)，設(shè)計并合成了新型單吲哚和雙吲哚取代的富勒烯衍生物EHIHC60P和DEHIC60P，并通過1H-NMR，13C-NMR和MALD-TOF等方法對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。此外，利用可見-紫外吸收法和循環(huán)伏安法測定了受體材料的吸收光譜和電子能級，EHIHC60P和DEHIC60P最低空軌道LUMO能級分別為-3.65和-3.60eV，相比PC61BM（-3.73eV），其LUMO能級的提高可歸因于吲哚基團(tuán)的給電子性能，這將有利于器件開路電壓的改善。同時相對于PC61BM，其在可見光區(qū)對光的吸收更強(qiáng)。最后本實驗將這兩種材料用于聚合物太陽能電池的器件制備中，聚合物P3HT被選作為給體材料，EHIHC60P或DEHIC60P作為受體材料，通過調(diào)節(jié)活性層給受體比例、器件退火溫度以及使用添加劑等方法來優(yōu)化器件性能。當(dāng)給受體比例為1:1，退火溫度為150℃時，聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率分別為3.32%和3.23%，相比于同等條件下以PC61BM為受體的器件光電轉(zhuǎn)換效率3.28%有所提高。此外，通過使用CN和DIO兩種添加劑對器件形貌進(jìn)行調(diào)控，但較大的粗糙度并未使器件的性能得到明顯改善。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 富勒烯衍生物 光電效應(yīng) 吲哚 電子受體
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 聚合物太陽能電池的重要發(fā)展歷史階段11-12
• 1.3 聚合物太陽能電池簡介12-15
• 1.3.1 聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)12
• 1.3.2 聚合物太陽能電池的工作原理12-14
• 1.3.3 富勒烯衍生物受體材料簡介14-15
• 1.4 本論文的主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 含吲哚基團(tuán)富勒烯衍生受體的合成及光伏器件制備17-32
• 2.1 引言17
• 2.2 實驗試劑及儀器設(shè)備17-21
• 2.2.1 實驗試劑17-20
• 2.2.2 儀器設(shè)備20-21
• 2.3 目標(biāo)化合物的合成21-25
• 2.3.1 EHIHC60P 和 DEHIC60P 合成路線21
• 2.3.2 EHIHC60P 和 DEHIC60P 具體合成步驟及表征21-23
• 2.3.3 TPAIndolC60P-2 合成路線23
• 2.3.4 TPAIndolC60P 具體合成步驟及表征23-25
• 2.4 材料的表征方法及條件25-26
• 2.5 光伏器件的制備及性能測試26-31
• 2.5.1 有機(jī)太陽能電池的性能參數(shù)定義及介紹26-28
• 2.5.2 光電池性能參數(shù)的測定28-29
• 2.5.3 光伏器件的制備過程及所需儀器29-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第3章 實驗結(jié)果與分析32-48
• 3.1 溶液紫外-可見光吸光譜32
• 3.2 固體薄膜紫外吸收光譜32-34
• 3.3 電化學(xué)性質(zhì)34-37
• 3.4 光伏性能37-43
• 3.4.1 以 EHIHC60P、DEHIC60P 為受體材料的光伏性能研究37-41
• 3.4.2 以 TPAIndolC60P-2 為受體材料的光伏性能研究41-43
• 3.5 形貌分析43-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 結(jié)論48-49
• 參考文獻(xiàn)49-55
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文55-56
• 致謝56

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