多组分宽光谱有机太阳能电池性能研究

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1、学校代号10530学号201510141472分类号O627.8密级公开硕士学位论文多组分宽光谱有机太阳能电池性能研究学位申请人张俊指导老师谭华副教授阳仁强研究员学院名称化学学院学科专业化学研究方向有机化学二〇一八年六月TheStudyofMultiComponentandWideSpectrumOrganicSolarCellsCandidateJunZhangSupervisorAsso.Prof.HuaTanProf.RenqiangYangCollegeCollegeofChemistryProgramChemistrySpecializatio

2、nOrganicChemistryDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学2018届硕士学位论文摘要有机太阳能电池具有绿色无污染、成本低、质量轻、可大面积柔性制备等优点，已经成为新能源领域研究的重点。目前，基于非富勒烯小分子为受体材料的有机太阳能电池成为了研究的主要方向，其光电转化效率已经突破14%。但传统的二元异质结太阳能电池体系，因为其受限的光吸收范围和弱的光子捕获能力，导致光电转化效率较低。为了克服二元共混有机太阳能电池的缺陷，本文在此基础上设计了三元共混的

3、太阳能电池体系，在原来二元异质结太阳能电池的基础上，通过掺入第三组分制备三元共混太阳能电池。第三组分材料具有拓宽吸收、改善电荷转移性能和形成梯度能级的作用，从而提高太阳能电池性能。基于此，本论文以拓宽器件光谱响应为切入点，采用三元共混策略提高太阳能电池光电转化效率。通过选择合适给/受体材料，拓展光子捕获范围；通过研究活性层及器件的光学、光谱学、形貌学、电学等特征，研究器件的工作原理。本论文的主要研究内容如下：1.设计合成了以萘硫基或苯硫基取代BDT为供电子单元，噻吩并吡咯二酮（TPD）为受体单元的新型有机聚合物光伏材料（PBDTNS-TPD与PBDTNS

4、-TPD），研究发现，基于萘硫基取代BDT单元的聚合物PBDTNS-TPD，其分子具有较低的HOMO能级和较高的开路电压（Voc）。以聚合物PBDTNS-TPD为光伏供体材料，通过共混制备三元器件，获得了Voc为0.93V，Jsc为16.07mA/cm2，FF为63.44%，光电转化效率为9.48%的光伏器件。2.以苯并二噻吩二酮（BDD）为吸电子单元，以萘硫基或萘氧基取代BDT二维侧链为供电子单元，合成了新型有机聚合物材料（PBDTNS-BDD与PBDTNO-BDD）。研究发现：引入S烷基侧链比O烷基侧链的聚合物在各方面都表现出优异的性能。我们制作了不

5、同配比的三元多组分有机太阳能电池器件，随着第三组分ITIC加入，短路电流（J2sc）明显提升。短路电流（Jsc）从15.36mA/cm提高到17.77mA/cm2，光电转化效率从7.85%提高到11.21%。关键词：有机太阳能电池；三元共混；宽光谱；光伏性能；给体材料I湘潭大学2018届硕士学位论文AbstractOrganicsolarcellshavetheadvantagesofgreenandpollution-free,lowcost,lightquality,flexibleandlargeareapreparation.Ithasbecom

6、eakeyscientificresearchfieldformodernscientiststodevelopnewenergyandapplications.Atpresent,theorganicsolarcellswithnonfullerenesmallmoleculesacceptormaterialsbecomethemainstream,anditsphotoelectricconversionefficiencyhasexceeded14%.However,fortheconventionalheterojunctionsolarcel

7、lsystem,thephotoelectricconversionefficiencyhasbeenlimitedbecauseofitslimitedopticalabsorptionrangeandweakphotoncaptureability.Inordertoovercomethedefectsoftwocomponentblendsoforganicsolarcells,asolarcellsystemwiththreeelementblendswasdesignedinthiswork.Onthebasisofanoriginalelec

8、trondonorandanelectronacceptor,theblends