二分體富勒烯衍生物的超分子誘導(dǎo)效應(yīng)及其在體異質(zhì)結(jié)太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：本論文設(shè)計(jì)合成了一系列含長烷氧基鏈的富勒烯受體材料，研究含雙疏水性基團(tuán)(C60和含長烷氧基鏈的三烷氧基苯)的二分體富勒烯衍生物的超分子誘導(dǎo)效應(yīng)以及對有機(jī)太陽能電池表面形貌及器件效率的影響，主要內(nèi)容及結(jié)論如下： 1.合成了尾鏈為辛基的三烷氧基苯富勒烯衍生物PCBB-C8。在與P3HT共混旋涂過程中，PCBB-C8通過超分子自組裝可以提供P3HT鏈段伸展運(yùn)動的自由區(qū)域，從而在未經(jīng)任何后處理的條件下有效地誘導(dǎo)P3HT結(jié)晶，構(gòu)筑長程有序、納米尺度相分離、具有連續(xù)傳輸通道的理想活性層形貌。在使用與P3HT/PCBM相同的器件制備條件時，P3HT/PCBB-C8在未退火條件下得到了與經(jīng)熱退火處理的PCBM/P3HT相似的Jsc，最終獲得2.4%的優(yōu)異光電轉(zhuǎn)換效率。 2.為了細(xì)致研究不同尾鏈長度三烷氧基苯富勒烯衍生物對超分子誘導(dǎo)效應(yīng)、共混膜形貌及光伏性能的影響，我們合成了一系列含不同長度烷氧基鏈的三烷氧基苯富勒烯衍生物PCBB-Cn (n=4,6,8,10,12)。研究發(fā)現(xiàn)，該系列富勒烯衍生物具有類似的熱力學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)，并且當(dāng)其與P3HT共混涂膜過程中，均能夠通過富勒烯衍生物的超分子誘導(dǎo)作用力實(shí)現(xiàn)對P3HT的誘導(dǎo)結(jié)晶，從而獲得具有雙連續(xù)傳輸通道的理想活性層形貌。同時，我們研究了該系列富勒烯衍生物的超分子誘導(dǎo)效應(yīng)、P3HT的結(jié)晶尺寸、共混膜形貌及器件性能之間的關(guān)系：烷氧基鏈較短時(n=4,6)，P3HT/PCBB-Cn共混膜中P3HT的結(jié)晶較弱，共混膜較平整，器件性能較差；當(dāng)烷氧基鏈長度提高到辛基時，P3HT的結(jié)晶強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，短路電流達(dá)到最高，器件性能最佳；進(jìn)一步提高烷氧基鏈的長度(n=10,12)，P3HT依舊保持較高的結(jié)晶度，器件性能出現(xiàn)衰退。 3.基于含氟基團(tuán)具有較強(qiáng)的吸電子能力，較強(qiáng)的剛性，將含氟基團(tuán)引入到富勒烯化合物中，可以有效調(diào)節(jié)富勒烯衍生物的電化學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)分子間的相互作用，我們合成了含不同個數(shù)氟原子的富勒烯衍生物nF-PCBB-C8(n=1,3,5)，研究氟原子的引入對富勒烯衍生物的性質(zhì)、共混膜形貌及光伏性能的影響。電化學(xué)結(jié)果表明，氟原子的引入降低了富勒烯衍生物的LUMO能級；紫外可見吸收，二維X射線散射等測試結(jié)果表明nF-PCBB-C8依然具有誘導(dǎo)P3HT結(jié)晶的性質(zhì)；通過原子力顯微鏡及光學(xué)顯微鏡研究表明P3HT/nF-PCBB-C8共混膜表面出現(xiàn)明顯的聚集態(tài)，無法形成有助于激子解離傳輸?shù)募{米尺度的相分離形貌，最終器件表現(xiàn)出較差的光伏性能。 【關(guān)鍵詞】：體異質(zhì)結(jié)太陽能電池 長烷氧基鏈 富勒烯受體材料 超分子誘導(dǎo)效應(yīng) 理想活性層形貌
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4;O613.71
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 ：文獻(xiàn)綜述11-31
• 1.1 引言11
• 1.2 有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)11-13
• 1.3 體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的工作機(jī)理13
• 1.4 體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的表征參數(shù)13-15
• 1.4.1 開路電壓13-14
• 1.4.2 短路電流14
• 1.4.3 填充因子14-15
• 1.5 有機(jī)太陽能電池材料15-21
• 1.5.1 給體材料15-16
• 1.5.2 受體材料16-21
• 1.6 活性層形貌的控制21-29
• 1.6.1 不同溶劑的選擇22-23
• 1.6.2 添加劑23-25
• 1.6.3 器件后處理25-28
• 1.6.4 活性層分子結(jié)構(gòu)的修飾28-29
• 1.7 本論文的提出和研究內(nèi)容29-31
• 第二章 尾鏈為辛基的三烷氧基苯富勒烯衍生物的合成，表征及其光伏性能的研究2131-48
• 2.1 引言31
• 2.2 材料的合成31-35
• 2.2.1 化學(xué)試劑31-32
• 2.2.2 儀器及測試條件32-33
• 2.2.3 材料的合成33-35
• 2.3 結(jié)果與討論35-46
• 2.3.1 富勒烯衍生物的合成與結(jié)構(gòu)表征35-36
• 2.3.2 富勒烯衍生物的熱力學(xué)性質(zhì)36-37
• 2.3.3 富勒烯衍生物的光物理性質(zhì)研究37-39
• 2.3.4 富勒烯化合物的電化學(xué)性質(zhì)39-40
• 2.3.5 活性層形貌研究40-44
• 2.3.6 光伏性能44-46
• 2.4 章節(jié)小結(jié)46-48
• 第三章 不同尾鏈長度三烷氧基苯富勒烯衍生物的合成，表征及其光伏性能的研究3848-65
• 3.1 引言48
• 3.2 材料的合成48-52
• 3.2.1 化學(xué)試劑48-49
• 3.2.2 儀器及測試條件49-50
• 3.2.3 材料的合成50-52
• 3.3 結(jié)果與討論52-64
• 3.3.1 PCBB-Cn 的合成與結(jié)構(gòu)表征52
• 3.3.2 PCBB-Cn 的熱學(xué)性質(zhì)52-54
• 3.3.3 富勒烯衍生物的光物理性質(zhì)研究54-56
• 3.3.4 富勒烯衍生物的電化學(xué)性質(zhì)56-58
• 3.3.5 活性層形貌研究58-61
• 3.3.6 光伏性能61-64
• 3.4 本章小結(jié)64-65
• 第四章 含不同個數(shù)氟原子的富勒烯衍生物的合成表征及其在太陽能電池中的應(yīng)用5565-80
• 4.1 引言65
• 4.2 材料的合成65-70
• 4.2.1 化學(xué)試劑65-66
• 4.2.2 儀器及測試條件66-67
• 4.2.3 材料的合成67-70
• 4.3 結(jié)果與討論70-78
• 4.3.1 含氟富勒烯衍生物的合成與結(jié)構(gòu)表征70-71
• 4.3.2 含氟富勒烯衍生物的熱力學(xué)性質(zhì)71-72
• 4.3.3 含氟富勒烯衍生物的光物理性質(zhì)研究72-73
• 4.3.4 含氟富勒烯衍生物的電化學(xué)性質(zhì)73-74
• 4.3.5 共混膜 P3HT 結(jié)晶及形貌的研究74-76
• 4.3.6 光伏性能76-77
• 4.3.7 活性層表面形貌研究77-78
• 4.4 本章小結(jié)78-80
• 第五章 總結(jié)與展望80-82
• 5.1 全文總結(jié)80-81
• 5.2 問題與展望81-82
• 參考文獻(xiàn)82-89
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文89-90
• 附錄90-92
• 致謝92-93

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