基于非共轭聚合物的厚度不敏感型电子传输层的制备与性能

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1、学校代号10530学号201510141478分类号O63密级公开硕士学位论文基于非共轭聚合物的厚度不敏感型电子传输层的制备与性能学位申请人张治权指导老师赵斌教授学院名称化学学院学科专业化学研究方向高分子化学与物理二零一八年六月PreparationandPropertiesofthickness-insensitiveelectrontransportlayerbasedonnon-conjugatedpolymersCandidateZhiquanZhangSupervisorProfessorBinZhaoCollegeCollegeofChemistryP

2、rogramChemistrySpecializationPolymerChemistryandPhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学硕士学位论文摘要十多年来，聚合物太阳能电池(PSCs)因具有可溶液加工和可制成大面积柔性器件等优点，引起了学术界和工业界的广泛关注。界面工程是确保PSCs的效率和稳定性最大化的根本有效手段之一。为了适用于大面积柔性器件的生产，开发出低成本、可低温溶液加工和厚度不敏感的电子传输层（ETLs）成为了目前进一步发展聚合物太阳能电池的

3、重要方向之一。基于此，本论文致力于开发一类新型的非共轭聚合物用于厚度不敏感型电子传输层，以制备高性能的PSCs，其主要研究内容如下：1.将聚乙氧基乙稀亚胺(PEIE)分别与1,8-二碘辛烷(DIO)和1-碘丁烷(IB)进行季铵化反应得到PEIE-DIO和PEIE-IB。X射线光电子能谱、红外光谱和马尔文电位粒径分析等测试结果表明PEIE-DIO和PEIE-IB中存在碘化季铵盐，但只有PEIE-DIO能形成低度交联聚合物。研究结果表明，具有碘化季铵盐的PEIE-IB比PEIE具有更高的电导率和电子迁移率，表明季铵盐结构有利于提高聚合物的电子传输性能；同时具有碘化季铵

4、盐和交联结构的PEIE-DIO比PEIE-IB具有更高的电导率和电子迁移率，表明交联结构有利于形成三维导电网络结构，从而提高聚合物的电子传输性能。以三种材料作为ETLs，PTB7-Th：PC71BM作为光活性层，制备了反式PSCs器件，其中，基于PEIE-DIO的PSCs器件性能最佳。当PEIE-DIO的厚度为9nm时，其PSCs的能量转换效率（PCE）为10.06%，即使将PEIE-DIO的厚度提高到50nm，其PSCs的PCE值仍能保持8.88%。这是首例将完全不含共轭单元的聚合物用于厚膜ETLs仍能实现高PCE的PSCs。2.为了考察不同卤素阴离子对具有三维

5、导电网络结构的非共轭聚合物电子传输材料的性能影响规律，我们将PEIE与等量的DIO、1,8-二溴辛烷(DBO)和1,8-二氯辛烷(DCO)进行季铵化反应，分别得到聚合物PEIE-DIO、PEIE-DBO和PEIE-DCO。紫外电子能谱结果表明PEIE-DBO修饰ITO的功函数为3.94eV，是三者之中最低值。同时，PEIE-DBO的电导率和电子迁移率均高于PEIE-DIO和PEIE-DCO，这有利于电子传输和阴极对电子的收集。以这三种材料作为电子传输层，以PTB7-Th：PC71BM作为光活性层，制备了反式PSCs器件，其中，基于PEIE-DBO的PSCs表现出最

6、佳的光伏性能，当PEIE-DBO的厚度为9nm时，其PSCs的能量转换效率可达10.52%，当PEIE-DBO的膜厚为50nm时，其PSCs的能量转换效率仍高达到9.09%，这表明PEIE-DBO在厚膜中的电子传输性能明显高于文献报道的共轭聚合物电子传输材料。同时，该研究结果也表明卤素阴离子的种类也会影响非共轭聚合物的电子传输性能和PSCs的光伏性能。关键词：聚合物太阳能电池；厚度不敏感型电子传输材料；非共轭聚合物；聚乙氧基乙烯亚胺；三维导电网络结构I湘潭大学硕士学位论文AbstractPolymersolarcells(PSCs)haveattractedwid

7、eattentioninacademicandindustrialresearchersduetotheiradvantagesofsolutionprocessingandlarge-areaflexibledevicesmanufacturinginthelastdecade.InterfaceengineeringisoneofthekeyfactorstoensurethemaximumefficiencyandstabilityofPSCs.Amongofthem,low-cost,low-temperaturesolutionprocessingand

8、thick