有機(jī)太陽(yáng)能電池給受體界面和電極界面性質(zhì)的研究

【摘要】：本文設(shè)計(jì)合成了一系列給體小分子材料，含氟碳鏈富勒烯受體材料和不同氧化程度的氧化石墨烯等材料，細(xì)致的研究給體受體材料界面、電極與活性層之間的界面對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池器件效率的影響，主要內(nèi)容及結(jié)論如下： 1.我們?cè)O(shè)計(jì)合成了以吡咯環(huán)二酮為受體單元，以不同共軛性基團(tuán)為給體單元的給體-受體-給體（A-D-A）型小分子給體材料：T(TDPPT)2、TT(TDPPT)2和BDT (TDPPT)2。理論計(jì)算表明，三種小分子具有不同的共平面性，同時(shí)也表現(xiàn)出了不同的結(jié)晶性。具有結(jié)晶性的小分子材料分別與PC71BM、一定比例的DIO共混，以此混合溶液旋涂制備的活性層均形成了具有納米線結(jié)構(gòu)的小分子聚集體，并且不同結(jié)晶性的小分子給體材料還能夠有效調(diào)節(jié)納米線的尺度（4nm、10–15nm和15–20nm）。通過空間電荷限制電流的方法對(duì)上述活性層空穴遷移率和電子遷移率進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，基于10-15nm長(zhǎng)度納米線的活性層具有更加平衡的空穴和電子遷移率，從而有利于提高器件填充因子和光伏性能。通過調(diào)節(jié)給體小分子材料的化學(xué)空間結(jié)構(gòu)來得到合適結(jié)晶尺度的小分子給體材料，并通過添加劑DIO的優(yōu)化，我們可以得到不同尺度納米線活性層形貌，而合適的納米線尺度有利于器件短路電流和填充因子的提高，從而使得器件性能得到很大的提升。 2.我們?cè)O(shè)計(jì)合成了含長(zhǎng)氟碳鏈的富勒烯衍生物13F-PC61BM，發(fā)現(xiàn)在溶液旋涂過程中13F-PC61BM能夠誘導(dǎo)P3HT結(jié)晶，在無需任何后處理的情況下P3HT:13F-PC61BM共混膜能形成長(zhǎng)程有序，具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形貌，顯著提高了電荷傳輸能力，改善了有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。與P3HT: PC61BM體系相比，在未退火條件下，P3HT:13F-PC61BM得到了較高的器件效率。但是由于含氟鏈具有較大的剛性，會(huì)在一定程度上阻礙P3HT鏈的運(yùn)動(dòng)，因此與之前本課題組報(bào)道的PCBB-C8受體材料相比，器件未表現(xiàn)出更加優(yōu)良的性能，并且材料P3HT:13F-PC61BM共混膜在未經(jīng)熱退火處理時(shí)還未達(dá)到最佳的活性層形貌，經(jīng)熱退火進(jìn)一步處理的P3HT:13F-PC61BM器件效率也得到了進(jìn)一步提高。 3.研究了不同氧化程度的pr-GOs作為空穴傳輸材料對(duì)P3HT：PC61BM體系的影響，通過在控制氧化過程中的參數(shù)，如預(yù)氧化與否，氧化劑含量，氧化時(shí)間等得到一系列不同氧化程度的氧化石墨，并將得到的氧化石墨作為空穴傳輸層材料應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池中。我們證明通過不完全氧化的方法可以得到不同程度的氧化石墨界面偶極，從而實(shí)現(xiàn)界面材料功函數(shù)的調(diào)節(jié)，而器件界面材料的功函數(shù)對(duì)于優(yōu)化器件的效率是非常重要的參數(shù)。同時(shí)，界面處的能級(jí)匹配對(duì)進(jìn)一步降低界面處的串聯(lián)電阻值，提高并聯(lián)電阻有重要的影響。另外，通過器件穩(wěn)定性的研究我們發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于PEDOT: PSS空穴傳輸層而言，pr-GOs作為空穴傳輸層的電池器件具有更好的器件穩(wěn)定性和壽命。 【關(guān)鍵詞】：體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池 界面材料 納米線 富勒烯受體自組裝 氧化石墨
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4;O613.71
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 文獻(xiàn)綜述10-27
• 1.1 引言10
• 1.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池基礎(chǔ)理論知識(shí)10-14
• 1.2.1 研究背景10-12
• 1.2.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的工作原理及性能表征12-14
• 1.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池給受體材料研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池給體材料14-16
• 1.3.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池受體材料16-18
• 1.4 有機(jī)太陽(yáng)能電池工藝及器件18-25
• 1.4.1 活性層界面形貌優(yōu)化18-23
• 1.4.2 電極與活性層界面優(yōu)化23-25
• 1.5 本論文的設(shè)計(jì)思想、研究?jī)?nèi)容及意義25-27
• 1.5.1 課題的提出25-26
• 1.5.2 本論文的研究?jī)?nèi)容及意義26-27
• 第二章 給體材料調(diào)控給受體界面性質(zhì)的研究27-41
• 2.1 引言27-29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分29-31
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)所用材料及儀器29-30
• 2.2.2 材料的合成30
• 2.2.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備流程30-31
• 2.3 結(jié)果與討論31-40
• 2.3.1 小分子材料分子模擬31-32
• 2.3.2 小分子材料熱學(xué)性質(zhì)研究32-33
• 2.3.3 小分子材料光物理性質(zhì)研究33-34
• 2.3.4 小分子材料電化學(xué)性質(zhì)研究34-35
• 2.3.5 小分子材料光伏性質(zhì)研究35-36
• 2.3.6 小分子材料活性層形貌研究36-39
• 2.3.7 小分子材料遷移率性質(zhì)研究39-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第三章 受體材料調(diào)控給受體界面性質(zhì)的研究41-50
• 3.1 引言41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分41-43
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)所用材料及儀器41-42
• 3.2.2 材料的合成42-43
• 3.3 結(jié)果與討論43-49
• 3.3.1 13F-PC_(61)BM 結(jié)構(gòu)表征43-44
• 3.3.2 13F-PC_(61)BM 熱學(xué)性質(zhì)研究44
• 3.3.3 13F-PC_(61)BM 光物理性質(zhì)研究44-45
• 3.3.4 13F-PC_(61)BM 電化學(xué)性質(zhì)研究45-46
• 3.3.5 13F-PC_(61)BM 光伏性質(zhì)研究46-47
• 3.3.6 13F-PC_(61)BM 活性層形貌性質(zhì)研究47-49
• 3.4 本部分小結(jié)49-50
• 第四章 界面材料調(diào)控電極界面性質(zhì)的研究50-59
• 4.1 引言50-51
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分51-52
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)所用材料及儀器51
• 4.2.2 pr-GOs 的合成51-52
• 4.3 結(jié)果與討論52-58
• 4.3.1 單層 pr-GOs 性質(zhì)研究52-53
• 4.3.2 pr-GOs 氧含量研究53-54
• 4.3.3 pr-GOs 光學(xué)性質(zhì)研究54
• 4.3.4 pr-GOs 表面形貌及功函數(shù)研究54-55
• 4.3.5 pr-GOs 光伏性質(zhì)及穩(wěn)定性研究55-58
• 4.4 本部分小結(jié)58-59
• 第五章 總結(jié)和展望59-62
• 5.1 全文總結(jié)59-60
• 5.2 創(chuàng)新之處60-61
• 5.3 存在問題和展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-70
• 附錄70-72
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文72-73
• 致謝73-74

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