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含可交联基团的本体异质结太阳能电池材料的合成与研究

作　者: 汤雅芸
导　师: 凌启淡；赖文勇
学　校: 南京邮电大学
专　业: 光学
关键词: 交联 本体异质结 有机太阳能电池 材料
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本体异质结太阳能电池具有重量轻、可弯曲、稳定性好等优点,近来已经得到了广泛的研究应用,目前它的光电转化效率已经达到了7.4%(AM1.5,100mW/cm2),直逼商业化所需数值。然而在实际工作中,本体异质结存在着一个最常见的缺陷,即目前本体异质结太阳能电池大多是给体与受体分子采用物理方法掺杂共混,这种共混的复合体存在的最大缺陷是它在微观上是无序的,两种组分间会存在相界和有如球形或死胡同般的间断面,这些缺陷阻碍了电荷的分离和传输,其相分离尺寸难以保证在激子扩散长度(10nm)之内。克服这种缺陷的方法之一就是制备规整的本体异质结薄膜。在本论文中,我们旨在通过在噻吩共轭聚合物给体材料与C60受体材料上均引入可交联基团,并研究它们的光物理和电化学等性能,然后我们通过热交联固化使给体-受体材料连接在一起形成结构规整的本体异质结薄膜。我们主要研究工作包括以下几个方面:1、首先我们设计合成了含可交联基团的系列噻吩共轭聚合物给体材料P(MET-co-3HT)-10%~PMET,并合成了应用最为广泛的噻吩聚合物P3HT以用作性能的对比。我们对聚合物进行了结构的表征,并且研究了系列聚合物的热物理、光物理以及电化学性能。2、我们还合成了与聚噻吩相对应的含有可交联基团的新型C60受体材料Cross-linkable-C60,对该分子进行了结构表征,并且测试了它的光学、电化学性能。3、最后,我们将光学性能最好的P(MET-co-3HT)-50%与Cross-linkable-C60按一定比例溶于氯苯溶液中,通过在石英片上旋涂成膜并加热使给受体材料发生交联并固化形成不溶的互穿网络结构的有机薄膜,并且测试了薄膜的光学性能。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-28
  1.1 引言  8-9
  1.2 有机太阳能电池介绍  9-24
    1.2.1 有机太阳能电池基本原理  9-12
    1.2.2 有机光伏电池材料  12-24
  1.3 交联手段在有机光电材料中的应用  24-27
  1.4 本论文的总体设计思路与创新点  27-28
第二章 噻吩共轭聚合物电子给体材料的合成与表征  28-50
  2.1 引言  28-35
    2.2.1 试剂和药品  30-31
    2.2.2 实验仪器和方法  31-32
    2.2.3 单体的合成  32
    2.2.4 单聚物和共轭聚合物的合成  32-35
  2.3 结果和讨论  35-49
    2.3.1 含可交联基团的噻吩小分子MET 单体的合成和表征  35-37
    2.3.2 P3HT与含可交联基团的噻吩均聚物PMET和共聚物P(MET-co-3HT)的合成和结构表征  37-41
    2.3.3 系列高分子聚合物的热物理性质研究  41
    2.3.4 系列高分子聚合物的光学物理性质研究  41-43
    2.3.5 浓度对系列高分子聚合物的光物理性质的影响  43-47
    2.3.6 系列高分子聚合物的电化学性质研究  47-49
  2.4 本章小结  49-50
第三章 C60衍生物电子受体材料的合成与表征  50-62
  3.1 引言  50-52
  3.2 实验部分  52-55
    3.2.1 试剂和药品  52-53
    3.2.2 实验仪器和方法  53
    3.2.3 单体的合成  53-55
  3.3 结果和讨论  55-61
    3.3.1 4-FPM 单体的合成和结构表征  55-56
    3.3.2 含可交联基团的C60衍生物单体Cross-linkable-C60的合成和结构表征  56-58
    3.3.3 Cross-linkable-C60单体的光物理性质的研究  58-59
    3.3.4 Cross-linkable-C60单体的电化学性质的研究  59-61
  3.4 本章小结  61-62
第四章 聚合物给体/富勒烯受体材料交联手段的初步实现  62-71
  4.1 引言  62-64
  4.2 实验部分  64-65
    4.2.1 实验仪器和方法  64
    4.2.2 含可交联基团的给体-受体材料的热交联步骤与方法  64-65
  4.3 结果和讨论  65-70
    4.3.1 P(MET-co-3HT)-50%与Cross-linkable-C60热交联的研究  65-66
    4.3.2 系列聚合物的自交联  66-70
  4.4 本章小结  70-71
第五章 总结  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-81
硕士研究生期间发表论文情况  81

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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