水溶性非共軛聚合物的合成及其光伏電池陰極界面修飾性能

【摘要】：近三十來(lái),聚合物太陽(yáng)電池(PSCs)由于在通過(guò)旋涂或噴墨打印等濕法加工制備重量輕、大面積、柔性的光電轉(zhuǎn)換器件等方面具有廣泛的應(yīng)用前景,引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界持續(xù)而廣泛的關(guān)注。通常采用兩個(gè)金屬電極夾一層共軛聚合物的“三明治”結(jié)構(gòu),為了實(shí)現(xiàn)高效的PSCs,對(duì)共軛聚合物和金屬電極的界面進(jìn)行調(diào)控,使其形成歐姆接觸至關(guān)重要。胺基功能化的共軛聚合物電解質(zhì)(CPE)由于其具有優(yōu)異的光電性能,能夠采用正交、環(huán)保型溶劑加工,優(yōu)異的陰極界面修飾能力,降低金屬電極功函數(shù)等優(yōu)勢(shì)而展現(xiàn)了廣泛的用途。但是CPE的合成過(guò)程通常較為復(fù)雜,我們認(rèn)為具有同樣離子基團(tuán)側(cè)鏈的非共軛聚合物電解質(zhì)(NPE)應(yīng)該也是一種理想的陰極界面修飾材料。本論文的研究?jī)?nèi)容主要針對(duì)胺基功能化非共軛有機(jī)/聚合物的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)控,使其多功能化,并成功應(yīng)用于PSCs中.在第二章工作中我們合成不同分子量的均聚物PDMC和不同單體配比的共聚物P(AM/DMC),并將其作為ITO陰極界面修飾材料應(yīng)用于倒裝PSCs中。在基于ITO/PDMC/PCz-DOBT8:PC71BM/Mo O3/Ag的倒裝電池器件中PCE到4.2%,使用5%Cs F摻雜后效率能夠提升到5.25%,優(yōu)于Zn O作為界面層的器件效率。我們認(rèn)為NPE的陽(yáng)離子基團(tuán)和ITO表面負(fù)電荷的氧離子之間產(chǎn)生了強(qiáng)烈的靜電相互作用。這種靜電自組裝使得在界面形成了強(qiáng)烈的偶極子和緊密的界面接觸。研究結(jié)果表明,陽(yáng)離子型均聚物PDMC的界面修飾效果明顯優(yōu)于共聚物P(AM/DMC)。在第三章工作中我們將第二章的工作進(jìn)行了更深入的研究,我們改變聚合單體側(cè)鏈的長(zhǎng)度合成了新單體DBB以及DHB,通過(guò)均聚以及與AM共聚合成兩種均聚物(PDBB,PDHB)和兩種共聚物(P(AM/DBB)及P(AM/DHB),將其用在倒裝太陽(yáng)能電池器件中進(jìn)行陰極修飾,我們發(fā)現(xiàn)側(cè)鏈長(zhǎng)度的增長(zhǎng)會(huì)使其在ITO表面的形貌變差,使器件效率降低。在第四章工作中我們合成了兩性單體DMAPS,通過(guò)均聚以及與AM共聚合成了三種NPE材料,用其進(jìn)行陰極修飾我們發(fā)現(xiàn)帶有兩性離子基團(tuán)的聚合物界面修飾效果比陽(yáng)離子型聚合物要差,而且DMAPS與AM進(jìn)行共聚后得到的共聚物幾乎對(duì)于陰極沒(méi)有任何修飾效果. 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽(yáng)能電池 陰極界面材料 水溶性非共軛聚合物 陽(yáng)離子型聚合物 兩性聚合物
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O631;TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-33
• 1.1 引言12
• 1.2 有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池（PSCs）簡(jiǎn)介12-17
• 1.2.1 有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷程12-14
• 1.2.2 聚合物太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)14-16
• 1.2.3 聚合物太陽(yáng)能電池的工作原理16
• 1.2.4 聚合物太陽(yáng)能電池的主要參數(shù)16-17
• 1.3 有機(jī)/聚合物太陽(yáng)能電池的界面材料的作用17-23
• 1.3.1. 界面材料可以調(diào)整電極/活性層界面的能級(jí)勢(shì)壘18-19
• 1.3.2 決定電極的極性和改進(jìn)電荷選擇性19-20
• 1.3.3 監(jiān)控活性層的形貌20
• 1.3.4 作為電極和導(dǎo)電層20-21
• 1.3.5 引入光學(xué)層和等離子體激元特性來(lái)調(diào)節(jié)活性層的光吸收21-22
• 1.3.6 提高活性層與電極界面的穩(wěn)定性22-23
• 1.4 聚合物太陽(yáng)能電池的界面修飾23-31
• 1.4.1 陽(yáng)極修飾23-26
• 1.4.2 陰極修飾26-31
• 1.5 本論文的研究目的及意義31-33
• 第二章 PDMC及P(AM/DMC)的合成及器件表征33-46
• 2.1 引言33-34
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分34-37
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)試劑34
• 2.2.2 材料表征手段及儀器34
• 2.2.3 合成步驟及表征34-37
• 2.3 結(jié)果與討論37-45
• 2.3.1 各聚合條件對(duì)均聚物PDMC分子量的影響37-41
• 2.3.2 均聚物PDMC與共聚物P(AM/DMC)的熱性能研究41
• 2.3.3 均聚物PDMC與共聚物P(AM/DMC)的光學(xué)性能研究41-42
• 2.3.4 基于PDMC以及P(AM/DMC)界面修飾層的ITO的形貌42-43
• 2.3.5 基于PDMC以及P(AM/DMC)界面修飾層的ITO的電極功函43-44
• 2.3.6 太陽(yáng)能電池器件性能44-45
• 2.4 本章小結(jié)45-46
• 第三章 基于新單體DBB及DHB聚合物的合成及器件表征46-57
• 3.1 引言46
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分46-52
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)試劑46
• 3.2.2 材料表征手段及儀器46
• 3.2.3 合成步驟及表征46-52
• 3.3 結(jié)果與討論52-56
• 3.3.1 材料的熱性能研究52-53
• 3.3.2 材料的光學(xué)性能研究53
• 3.3.3 基于新聚合物界面修飾層的ITO的形貌研究53-54
• 3.3.4 基于新聚合物界面修飾層的ITO的電極功函54-55
• 3.3.5 太陽(yáng)能電池器件性能55-56
• 3.4 本章小結(jié)56-57
• 第四章 PDMAPS及P(AM/DMAPS)的合成及器件表征57-66
• 4.1 引言57
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分57-61
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)試劑57
• 4.2.2 材料表征手段及儀器57
• 4.2.3 合成步驟57-61
• 4.3 結(jié)果與討論61-65
• 4.3.1 材料的熱性能研究61-62
• 4.3.2 均聚物PDMAPS與共聚物P(AM/DMAPS)的光學(xué)性能研究62
• 4.3.3 基于PDMAPS以及P(AM/DMAPS)界面修飾層的ITO形貌研究62-63
• 4.3.4 基于PDMAPS以及P(AM/DMAPS)界面修飾層的ITO的電極功函63
• 4.3.5 太陽(yáng)能電池器件性能63-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 全文總結(jié)66-67
• 參考文獻(xiàn)67-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果77-78
• 致謝78-79
• 附件79

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