聚合物太阳能电池材料合成及器件制备

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1、摘要聚合物给体材料是决定聚合物太阳能电池(PSCs)光电转换效率(PCE)的关键因素。本文设计并合成了一系列具有低HOMO能级，良好的平面性，宽吸收范围的D．A共聚物给体材料，并以PC6013M，PC70BM作为受体材料制备成太阳能电池器件进行性能测试。主要包括：1．设计出基于苯并二噻吩(BDD和噻吩并吡咯二酮(TPD)单元的窄带系D．A共聚物PBDTT-LTPD．M，PBDTT-LTPD．H。将两个TPD单元用噻吩桥连接起来，增加聚合物主链中受体单元浓度，降低了聚合物HOMO能级，以PC60B

2、M和PC70BM为受体材料制作成太阳能电池器件进行了一系列表征，基于PBDTT-LTPD．M／PC70BM的器件最高光电转换效率达到2．35％，基于PBDTT-LTPD．H／PC60BM的器件最高光电转换效率达到6．38％。2．从拓宽吸收光谱的角度出发，设计并合成了烷氧链修饰的窄带系D．A共聚物PBDTT-LTPD．OM。利用氧．硫原子间的相互作用力，稳定分子构型，增加分子平面性，PBDTT-LTPD．OM的吸收光谱红移30nnl左右。以PC70BM为受体材料制作成太阳能电池器件进行了一系列表征

3、，最高光电转换效率达到5．11％。关键词：共轭聚合物；太阳能电池；光电转换效率；电子能级AbstractConjugatedpolymerdonormaterialisthemajorfactorthataffectsthepowerconversionefficiency(PCE)ofpolymersolarcells(PSCs)．Inthisdissertation，wedesignedandsynthesizedaseriesofnewconjugatedpolymerdonorswith

4、lowHOMOlevel，hi曲planarity,highholemobilityandbroadeabsorptionband．PSCswerefabricatedwithaconventionalBHJstructureusingPC60BMorPCToBMasaccepter．Themainresultsareasfollowed：Anovelconjugatedpolymerbasedonbenzothiophene(BDDandthieno[3，4-c]pyrrole一4，6-dio

5、ne(TPD)unite，PBDTT-LTPD—HandPBDTT-LTPD—Mweredesignedandsynthesized．ThePBDTT-LTPD-HandPBDTToLTPD-MappliestwoTPDunitsinoneelectron-deficientacceptormonomertolowertheHOMOlevel．ThepowerconversionefficiencyofthePSCsbasedonPBDTT-LTPD-M／PCToBMandPBDTT-LTPD-

6、H／PC60BMreachedupto2．35％and6．38％respectively,undertheilluminationofAM1．5，100mW／cm2．Anovelconjugatedpolymerwithalkoxysubstituent，PBDTT-LTPD-OMwasdesignedandsynthesizedtobroaderabsorptionband．PBDTT-LTPD-OMshowsanobviousredshiftabout30nnlintheOpticalabs

7、orptionspectraduetothestableconformation，enhancedplanarityfromthecontributionoftheS-Ointeractions．ThepowerconversionefficiencyofthePSCsbasedonPBDTT-LTPD—OM／PC70BMreachedupto5．11％，undertheilluminationofAM1．5，100mW／cm2．Keywords：conjugatedpolymer；polyme

8、rsolarcells；powerconversionefficiency；electronicenergylevels目录引言⋯．．．．．．．．．⋯⋯．⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．1第一章文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．1研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．2聚合物太阳能电池简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31．2．1聚合物太阳能发展历史⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31．2．2聚合物太阳能电池原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯