铱配合物类聚合物光伏给体材料的合成及性能研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuhaiyi123
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基于给/受体互穿网络结构的本体异质结型太阳能电池由于制各相对简单、转换效率更高而被广泛研究。其工作原理包括激子产生、激子扩散、电荷分离、电荷传输和收集等过程。经过20年的发展,基于高吸光系数、宽吸收光谱、合适能级及高载流子迁移率的各种新型D-A结构二元共聚物给体材料已呈现井喷式报导。相对来说,进一步提升电池器件效率,设计开发新型给体材料已经进入发展瓶颈期。近年来,引入额外第三单体的三元共聚策略引起了人们广泛的研究兴趣。与传统的D-A交替共聚物不同,三元共聚物包含三种不同的单体单元作为共轭聚合物主链中的重复基团。合理选择新引入的第三单体组分,并通过改变每个单体组分的比例及利用各个单元的协同作用,可以精细调节共轭聚合物的物理性质和光电性能。例如拓宽吸收光谱、提高电荷迁移率、调节能级、改善溶解度等。迄今为止,已被报道的三元共聚物给体(D)单元或受体(A)单元的第三单体大多是纯有机组分。然而,对于其他第三单体诸如重金属配合物类无规三元共聚物用于高效率本体异质结型聚合物太阳能电池极少被报导。  本论文各章节内容如下:  第一章绪论,介绍有机薄膜太阳能电池的发展史、有机太阳能电池的构成及其分类、有机太阳能电池的工作原理以及基本参数介绍、本体异质结有机太阳能电池活性层给体材料研究进展(着重介绍苯并二噻吩BDT基的有机太阳能给体材料及重金属聚合物类太阳能电池给体材料)以及本论文的研究思路。  鉴于BDT基的聚合物太阳能电池给体材料单节效率突破12%。因此,如何进一步地有效提高BDT类材料在有机太阳能电池领域中的性能是共轭聚合物分子工程中的一个非常重要的课题。在第二章中,基于经典BDT基的给体聚合物材料PTB7-Th与铱配合物进行三元共聚,以化学键合的方式将包含系列不同主配体的重金属铱配合物以1 mol%的比例共聚至聚合物PTB7-Th的骨架。针对性的合成一系列基于铱为重原子核心的配合物[(ppy)2Ir(dbm),(dfppy)2Ir(dbm),(piq)2Ir(dbm)]以丰富引入重金属配合物的种类。采用相同的器件结构(ITO/PEDOT∶PSS/Active layer/Zracac/Al),对比同批次未接入配合物的 PTB7-Th,我们发现引入不同铱配合物的聚合物能量转换效率(最低7.78%)均比同批次PTB7-Th效率(最高7.38%)高。  第三章,我们利用第二章铱配合物(dfppy)2Ir(dbm),将其以不同比例的物理共混掺杂至PTB7-Th,并与化学键合及空白PTB7-Th进行对比,在相同正向结构器件中,发现化学键合铱配合物的PTB7-Th效率最高,而不同比例(0.1 mol%,0.5 mol%,1 mol%,5mol%)物理掺杂的器件效率均比对比PTB7-Th效率低。通过掠入式广角X-射线散射,发现化学键合提升器件效率,物理共混较低效率的现象,主要由于物理共混的薄膜形貌发生质的变化。  最后一章是总结与展望部分。
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