水溶性非共轭聚合物的合成及其光伏电池阴极界面修饰性能

【摘要】：近三十来,聚合物太阳电池(PSCs)由于在通过旋涂或喷墨打印等湿法加工制备重量轻、大面积、柔性的光电转换器件等方面具有广泛的应用前景,引起了学术界和工业界持续而广泛的关注。通常采用两个金属电极夹一层共轭聚合物的“三明治”结构,为了实现高效的PSCs,对共轭聚合物和金属电极的界面进行调控,使其形成欧姆接触至关重要。胺基功能化的共轭聚合物电解质(CPE)由于其具有优异的光电性能,能够采用正交、环保型溶剂加工,优异的阴极界面修饰能力,降低金属电极功函数等优势而展现了广泛的用途。但是CPE的合成过程通常较为复杂,我们认为具有同样离子基团侧链的非共轭聚合物电解质(NPE)应该也是一种理想的阴极界面修饰材料。本论文的研究内容主要针对胺基功能化非共轭有机/聚合物的侧链结构进行优化和调控,使其多功能化,并成功应用于PSCs中.在第二章工作中我们合成不同分子量的均聚物PDMC和不同单体配比的共聚物P(AM/DMC),并将其作为ITO阴极界面修饰材料应用于倒装PSCs中。在基于ITO/PDMC/PCz-DOBT8:PC71BM/Mo O3/Ag的倒装电池器件中PCE到4.2%,使用5%Cs F掺杂后效率能够提升到5.25%,优于Zn O作为界面层的器件效率。我们认为NPE的阳离子基团和ITO表面负电荷的氧离子之间产生了强烈的静电相互作用。这种静电自组装使得在界面形成了强烈的偶极子和紧密的界面接触。研究结果表明,阳离子型均聚物PDMC的界面修饰效果明显优于共聚物P(AM/DMC)。在第三章工作中我们将第二章的工作进行了更深入的研究,我们改变聚合单体侧链的长度合成了新单体DBB以及DHB,通过均聚以及与AM共聚合成两种均聚物(PDBB,PDHB)和两种共聚物(P(AM/DBB)及P(AM/DHB),将其用在倒装太阳能电池器件中进行阴极修饰,我们发现侧链长度的增长会使其在ITO表面的形貌变差,使器件效率降低。在第四章工作中我们合成了两性单体DMAPS,通过均聚以及与AM共聚合成了三种NPE材料,用其进行阴极修饰我们发现带有两性离子基团的聚合物界面修饰效果比阳离子型聚合物要差,而且DMAPS与AM进行共聚后得到的共聚物几乎对于阴极没有任何修饰效果. 【关键词】：聚合物太阳能电池 阴极界面材料 水溶性非共轭聚合物 阳离子型聚合物 两性聚合物
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O631;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-33
• 1.1 引言12
• 1.2 有机/聚合物太阳能电池（PSCs）简介12-17
• 1.2.1 有机/聚合物太阳能电池的发展历程12-14
• 1.2.2 聚合物太阳能电池的结构14-16
• 1.2.3 聚合物太阳能电池的工作原理16
• 1.2.4 聚合物太阳能电池的主要参数16-17
• 1.3 有机/聚合物太阳能电池的界面材料的作用17-23
• 1.3.1. 界面材料可以调整电极/活性层界面的能级势垒18-19
• 1.3.2 决定电极的极性和改进电荷选择性19-20
• 1.3.3 监控活性层的形貌20
• 1.3.4 作为电极和导电层20-21
• 1.3.5 引入光学层和等离子体激元特性来调节活性层的光吸收21-22
• 1.3.6 提高活性层与电极界面的稳定性22-23
• 1.4 聚合物太阳能电池的界面修饰23-31
• 1.4.1 阳极修饰23-26
• 1.4.2 阴极修饰26-31
• 1.5 本论文的研究目的及意义31-33
• 第二章 PDMC及P(AM/DMC)的合成及器件表征33-46
• 2.1 引言33-34
• 2.2 实验部分34-37
• 2.2.1 实验原料及实验试剂34
• 2.2.2 材料表征手段及仪器34
• 2.2.3 合成步骤及表征34-37
• 2.3 结果与讨论37-45
• 2.3.1 各聚合条件对均聚物PDMC分子量的影响37-41
• 2.3.2 均聚物PDMC与共聚物P(AM/DMC)的热性能研究41
• 2.3.3 均聚物PDMC与共聚物P(AM/DMC)的光学性能研究41-42
• 2.3.4 基于PDMC以及P(AM/DMC)界面修饰层的ITO的形貌42-43
• 2.3.5 基于PDMC以及P(AM/DMC)界面修饰层的ITO的电极功函43-44
• 2.3.6 太阳能电池器件性能44-45
• 2.4 本章小结45-46
• 第三章 基于新单体DBB及DHB聚合物的合成及器件表征46-57
• 3.1 引言46
• 3.2 实验部分46-52
• 3.2.1 实验原料及实验试剂46
• 3.2.2 材料表征手段及仪器46
• 3.2.3 合成步骤及表征46-52
• 3.3 结果与讨论52-56
• 3.3.1 材料的热性能研究52-53
• 3.3.2 材料的光学性能研究53
• 3.3.3 基于新聚合物界面修饰层的ITO的形貌研究53-54
• 3.3.4 基于新聚合物界面修饰层的ITO的电极功函54-55
• 3.3.5 太阳能电池器件性能55-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 PDMAPS及P(AM/DMAPS)的合成及器件表征57-66
• 4.1 引言57
• 4.2 实验部分57-61
• 4.2.1 实验原料及实验试剂57
• 4.2.2 材料表征手段及仪器57
• 4.2.3 合成步骤57-61
• 4.3 结果与讨论61-65
• 4.3.1 材料的热性能研究61-62
• 4.3.2 均聚物PDMAPS与共聚物P(AM/DMAPS)的光学性能研究62
• 4.3.3 基于PDMAPS以及P(AM/DMAPS)界面修饰层的ITO形貌研究62-63
• 4.3.4 基于PDMAPS以及P(AM/DMAPS)界面修饰层的ITO的电极功函63
• 4.3.5 太阳能电池器件性能63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 全文总结66-67
• 参考文献67-77
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果77-78
• 致谢78-79
• 附件79

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