聚合物太陽能電池論文：聚合物太陽能電池合成本體異質(zhì)結(jié)有機小分子太陽能電池咔唑光伏性能

1、聚合物太陽能電池論文：聚合物太陽能電池合成本體異質(zhì)結(jié)有機小分子太陽能電池咔唑光伏性能【中文摘要】本論文系統(tǒng)地介紹了有機聚合物及小分子太陽能電池材料及器件的研究進(jìn)展。以提高材料的載流子遷移率為出發(fā)點，我們設(shè)計并合成了一系類含咔唑側(cè)基的二噻吩苯并噻二唑-芴-二咔唑基芴共軛聚合物光伏材料和以芳基吡咯并吡咯二酮（DPP和苯并噻二唑（BT）為受體單元的3D-2A和2D-3A結(jié)構(gòu)的線型有機小分子光伏材料。對所合成的目標(biāo)分子都通過核磁、元素分析等測試手段來表征其結(jié)構(gòu)，并利用紫外-可見吸收光譜（UV-vis）、差示掃描量熱儀（DSC、熱失重分析（TGA和循環(huán)伏安（CV等方法研究了所合成材料的光物理、熱穩(wěn)定及電

2、化學(xué)性能。同時，我們制作了基于所合成的聚合物和有機小分子光伏材料所組裝的本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光伏性能，研究了材料結(jié)構(gòu)對光伏性能的影響。本論文獲得的主要結(jié)論如下:1.設(shè)計并合成了三種咔唑基團修飾的二噻吩苯并噻二唑-芴-二咔唑基芴共聚物PF0-FCZ-DBT5PFO-FCz-DBTI和PFO-FCZ-DBT30并系統(tǒng)地研究了引入的咔唑側(cè)基對共聚物的熱穩(wěn)定性、光物理、電化學(xué)和光伏性能的影響。通過與相對應(yīng)的未經(jīng)咔唑修飾的聚合物相比，結(jié)果顯示：經(jīng)過咔唑修飾的聚合物，其本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的載流子遷移率和光電轉(zhuǎn)換效率都有了顯著的提高。測試結(jié)果表明：在模擬太陽光AM1.5,100mW/cm2光照射下，基于

3、聚合物PFO-FCz-DBT、PFO-FCz-DBTI和PFO-FCz-DBT30/PC60BM（1:3w/w）制作的本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池，它們的光電轉(zhuǎn)換效率分別為0.52%、1.11%和2.41%。2.設(shè)計并通過Stille偶聯(lián)、Suzuki偶聯(lián)和Knoevenagel縮合等一系列經(jīng)典的有機反應(yīng)，合成了以芳基吡咯并吡咯二酮(DPP和苯并噻二唑(BT)為受體單元的3D-2A和2D-3A結(jié)構(gòu)的線型有機小分子光伏材料D1、D2和D3o研究了引入咔唑取代基對小分子光伏材料的光物理、電化學(xué)、熱穩(wěn)定和光伏性能的影響。在模擬太陽光AM1.5,100mW/cm2照射下，小分子光伏材料D1的太陽能電池表現(xiàn)出最

4、好的光伏性能，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了0.39%(Jsc二2.56mA/cm2,Voc=0.54V,andFF=0.28)。【英文摘要】Inthisdissertation,theresearchprogressofthematerialsanddevicesbasedonpolymersolarcellsandorganicsmallmoleculebulkheterojunctionsolarcells(BHJweresumarizedsystematically.Inordertoaugmentthechargecarriermobilityofphotovoltaicmaterials,w

5、ehadsynthesizedaseriesofdithiophene-benzothiadia-zole-alt-fluorenecopolymersbyincorporatingcarbazoleunitsintofluorenemoietyandthreeorganicsmall-moleculedonormaterials.Thestructuresofthesecopolymersandsmallmoleculeswereestablishedby1HNMFandElementalanalyses.Thephotophysical,thermalstability,electroch

6、emicalandphotovoltaicpropertiesofthecopolymersandsmallmoleculeshadbeeninvestigatedbyUV-visspectra(UV-vis),thedifferentialseanningcalorimetry(DSC,thermogravimetricanalysis(TGAandCyclicVoltammetry(CV.Additionally,thephotovoltaicperformancesofBHJcellsbasedonthesecopolymersandsmallmoleculeswerefabricate

7、d.Themainconclusionsobtainedinthispaperareasfollows:1.ThreenewconjugatedcopolymersPFO-FCz-DBT5,PFO-FCz-DBT15andPFO-FCz-DBT30andthreeorganicsmallmoleculesphotovoltaicmaterialsD1、D2andD3basedonarylpyrrolopyrrole-dione(DPPandbenzothiadiazole(BT)of3D-2Aand2D-3Alinearstructurehadbeensynthesized.Theeffect

8、ofcarbazoleunitsonthethermal,optical,electrochemicalandphotovoltaicpropertieshadbeeninvestigated.Thestudyconsequencesprovedthatcarbazolegroupscouldincreasethechargecarriermobilityofphotovoltaicmaterials.Organicsolarcellsweremade-upbasedontheblendofthecopolymersandPC60BMataweightratioof1:3.UnderthesimulatedsunlightilluminationofAM1.5,100mW/cm2;thepowerconversionefficiencies(PCEforPFO-FCz-DBT5,PFO-FCz-DBT15andPFO-FCz-DBT30are0.52%、1.11%and2.41%,respectively.2.Threeorganicsmall-moleculesphotovoltaicmateri