论文部分内容阅读
有机太阳能电池具有成本低、重量轻、可弯曲、可溶液加工且可以大面积制备等优点,因此受到学术界和产业界的广泛关注。近年来,有机太阳能电池发展迅速且取得了显著的成果。基于聚合物给体材料的单结太阳能电池光电转换效率（PCE）已经超过12%,而基于小分子给体材料的单结太阳能电池也取得了超过11%的效率。相比于给体材料的迅速发展,受体材料则发展缓慢。高性能的给体和受体材料是有机太阳能电池的核心。设计合成拥有强而宽的吸收光谱、合适的电子能级、高且平衡的载流子迁移率的有机光伏材料仍是十分重要的任务。本论文以n-型材料的合成及表征为主,主要基于NDI、PDI、IDT、噻吩、并噻吩、三并噻吩、TVT、FVF等构筑单元,设计、合成了一系列n-型聚合物和小分子,并研究了它们的热学、光学及电化学性能,并以J51、J50、PTB7-Th等为聚合物给体材料,研究了聚合物太阳能电池的光伏性能,总结了其结构与性能的关系,为高效聚合物太阳能电池的设计、合成提供了一定的指导意义。本文的主要研究内容包括:（1）以IDT和NDI分别为给体和受体单元合成了一种共轭聚合物P（IDT-NDI）受体,以J50、J51、PTB7-Th作为共轭聚合物给体,测定了全聚合物太阳能电池的光伏性能。其中基于P（IDT-NDI）和J51的器件光伏性能光电转换效率达到了 5.33%(Jsc= 9.55 mA/cm2;Voc= 0.93 V;FF= 0.603)。结果表明,活性层中给受体吸收互补和能级匹配对提高全聚合物太阳能电池的光伏性能具有十分重要的意义。（2）以NDI为受体单元,分别以噻吩、并噻吩和并三噻吩为给体单元合成了三种聚合物受体P（NDI-T）、P（NDI-TT）和P（NDI-TDT）。并以J51为聚合物给体,分别测定了三种全聚合物太阳能电池的光伏性能,其光电转换效率分别是2.59%,3.70%和5.10%。结果表明,在以NDI为受体单元的D-A共聚物中,随着给体单元中共平面的噻吩环数的增多,共轭聚合物受体的带隙降低,吸收变宽,从而提高了全聚合物太阳能电池器件的光伏性能。（3）以NDI为受体单元,分别以TVT和FVF为给体单元合成了两种共轭聚合物受体P（NDI-TVT）和P（NDI-FVF）。并以J51为共轭聚合物给体,分别测定了两种全聚合物太阳能电池的光伏性能,其中,基于J51:P（NDI-TVT）的全聚合物太阳能电池的最高能量转化效率为6.43%,而基于J51:P（NDI-FVF）的全聚合物太阳能电池的最高能量转化效率为5.21%。（4）以NDI为受体单元,分别以联二硒酚和二硒酚乙烯（SVS）为给体单元合成了两种n-型共轭聚合物受体材料P（NDI-Se2）和P（NDI-SVS）。并以J61为p-型共轭聚合物给体,分别测定了两种全聚合物太阳能电池的光伏性能,其中,基于J61:P（NDI-Se2）的全聚合物太阳能电池的最高能量转化效率为2.30%,而基于J61:P（NDI-SVS）的全聚合物太阳能电池的最高能量转化效率为1.20%。（5）以PDI和并[3,2-b]噻吩为原料,合成一种大平面的苝酰亚胺衍生物小分子（PDI-TT-PDI）,并以PCE10为给体,以PDI-TT-PDI为受体,考查了不同给受体比例、添加剂含量、不同退火温度对于器件效率的影响。结果表明,当给受体质量比为1:1.5,添加0.5%的DIO做添加剂,并在110℃热退火30 min后得到最高的光电转换效率（PCE）为3.57%。