论文部分内容阅读
在新能源领域蓬勃发展的当代，聚合物太阳能电池自诞生以来，凭借其质量轻、能耗低、可溶液加工、可制成大面积柔性器件等诸多优点得到了社会各界的广泛关注。近年来，随着聚合物太阳能电池光电转换效率的不断提高并日渐趋于可实用化，开发绿色溶剂可加工的聚合物太阳能电池势必是其未来实现大面积商业化生产所急需解决的一个重要问题。本文从活性层材料本身的结构出发，设计合成了一系列可绿色溶剂加工的活性层材料，并就活性层材料结构、溶液加工、形貌调控与器件效率的关系开展了以下研究工作: 1、在光伏性能优异的PBDTTT-E-T聚合物主链结构基础上，设计合成了以三乙二醇单甲醚(TEG)侧链取代的共轭聚合物PBDTTT-TEG。经过合理地筛选D/A比，加工溶剂、添加剂等，我们发现在用NMP为加工溶剂，少量DIO为添加剂的条件下，能有效地控制活性层的共混形貌，最终实现了5.23％的光电转换效率，这也是目前为止基于无芳香无卤溶剂（忽略微量DIO的添加）加工条件下最高的光电转换效率之一。 2、设计合成了一系列通过不同寡聚二醇侧链修饰的可绿色溶剂加工的富勒烯受体衍生物，同时为了进一步提高器件的开路电压，在前述工作的基础上设计合成了烷硫基取代的新型绿色溶剂可加工的共轭聚合物PBDTTT-S-TEG。通过多方面条件优化，在基于PBDTTT-S-TEG&PC71B-DEG共混活性层的基础上实现了4.50％的光电转换效率，该结果几乎和用相同材料在邻二氯苯加工条件下所得器件的效率一样。 3、在基于高迁移率的DPP结构单元的基础上，设计合成了一系列不同长度和结构的烷基链修饰的PBDTDPP类共轭聚合物P8，P12，P16和P20，并利用四组溶解能力依次减弱的邻二氯苯、氯苯、甲苯和苯甲醚分别对其进行溶液加工，通过对比上述每个聚合物在每个溶剂加工条件下的器件结果和微相形貌，研究活性层材料溶解性能和加工溶剂溶解能力对器件效率的协同影响。结果发现，在保证活性层材料能良好地溶解加工的前提下，适当降低聚合物的溶解性或选用溶解能力较弱的加工溶剂，能使得活性层薄膜的形貌得到良好地改善，从而显著提高了器件的光伏效率。该结果突出了溶剂选择在溶液加工聚合物太阳能电池中的重要性，对绿色溶剂可加工太阳能电池活性层材料可溶性侧链的结构设计以及溶剂加工过程中对加工溶剂的合理选择起到了指导意义。