新型聚合物太阳能电池受体材料及界面修饰研究

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	新型聚合物太阳能电池受体材料及界面修饰研究
	刘志洋
刊名	中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
	2017
页码	110
关键词	聚合物太阳能电池受体界面材料电流密度能量转换效率
产权排序	中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
英文摘要	聚合物太阳能电池(PSCs)是有机光电领域和光伏领域的热门研究方向,经历了三十余年发展,已经逐渐走向成熟。各类新材料、新电池结构和制备工艺不断得到开发,PSCs的能量转换效率(PCE)已经迈过10%大关。为了使PSCs能够尽快实现低价大规模商业化应用,解决部分能源危机,造福社会,应该继续加大对高性能电池材料的研究。本论文主要研究了新型的PSCs受体材料和阴极界面材料。受体材料研究主要是针对富勒烯(C _(60))进行化学改性,并探讨了不同侧链官能团取代对其光伏性能的影响。阴极界面材料主要是设计合成了一系列不同类型的可湿法加工的有机小分子材料,包括共轭类和非共轭类。主要研究内容如下:(1)合成了两个新型的非芳环取代的富勒烯衍生物受体,环己酮基富勒烯衍生物(CHOC_(60))和环己酯基富勒烯衍生物(CHAC_(60))。CHOC_(60)仅需一步简单的Diels-Alder加成反应便可制得,再经过高产率的还原和酯化反应后可以生成CHAC_(60)。CHOC_(60)与聚(3-己基噻吩)给体(P3HT)的质量比为0.5:1时制备的电池的效率可以达到2.97%,而CHAC_(60)与P3HT的质量比为0.5:1时制备的电池效率仅有0.94%,为1.5:1时效率才达到最高(3.15%)。可见环己酮基受体相比环己酯基受体有利于降低电池的制备成本。(2)合成了两个新型的含磺酸基团的非共轭有机小分子双性离子阴极界面材料。它们在界面处能够形成强的偶极效应,降低了界面处电荷传输能垒,利于电子提取,从而提高了电池的电流。在界面层与甲醇处理活性层的共同作用下电池的效率最高达到了9.79%。且引入磺酸基团不仅有利于增加材料在水/醇试剂中的溶解性,而且不损坏电池的稳定性。(3)发展了两个具有聚集诱导发光(AIE)效应的四苯乙烯基小分子阴极界面材料。这类具有AIE效应的共轭类分子通常具有扭转结构,难以形成良好的分子间π-π堆积,不同于传统的平面性共轭类阴极界面材料。但它们同样能在界面处形成偶极效应,并能有效地收集和传输电子,提高电池的电流,电池效率最高达到了8.94%。(4)合成了一系列不同极性末端基团取代的二苯甲酮基小分子阴极界面材料,分别包含羟基、中性氨基、氧化的二甲基铵盐和磺酸-铵盐基双性离子极性基团,对比了不同官能团取代的分子的界面性能及光伏性能等。发现氨基类分子相比羟基类分子具有更大的界面偶极效应,较好的电子提取和传输性能,无论对金属电极的功函还是活性层的表面电势都有更强的修饰作用。其中氧化的铵盐基分子有最好的综合性能,电池效率最高为9.34%,开路电压为0.76 V,短路电流密度为17.09 mA/cm~2,填充因子为71.58%。该研究为优秀的阴极界面材料设计提供了参照。在本论文中通过对新型的受体和阴极界面材料的合成及性能研究,提高了电池效率的同时降低了电池的制备成本,为PSCs的发展做出了一定的探索性研究。
公开日期	2018-12-04
内容类型	期刊论文
源URL	[http://ir.nimte.ac.cn/handle/174433/16699]
专题	2017专题
推荐引用方式 GB/T 7714	刘志洋. 新型聚合物太阳能电池受体材料及界面修饰研究[J]. 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),2017:110.
APA	刘志洋.(2017).新型聚合物太阳能电池受体材料及界面修饰研究.中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),110.
MLA	刘志洋."新型聚合物太阳能电池受体材料及界面修饰研究".中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) (2017):110.