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聚合物薄膜太阳能电池具有成本低、重量轻、制作工艺简单(可以在各种基底上使用廉价的技术如旋转涂膜、喷墨打印、丝网打印等成膜制备)、可制备成柔性器件等突出优点,另外聚合物材料种类繁多,可设计性强,可通过材料的设计改性来提高太阳能电池的性能。本论文的工作主要包括用于聚合物太阳能电池的共轭聚合物给体材料和富勒烯受体材料两方面的内容。
聚合物给体方面:
1、设计合成了以萘并[2,3-c]噻吩-4,9-二酮(NTDO)为吸电子基团、以BDT为给电子基团的D-A结构的共轭聚合物材料PBDTNTDO-1和PBDTNTDO-2,它们在300-700 nm可见光区具有良好的吸收,具有和PCBM匹配的电子能级,循环伏安法测得两个聚合物的HOMO能级分别为:-5.14 eV和-5.19 eV。基于PBDTNTDO-2:PC70BM(1:2 w/w)光伏电池的开路电压达到了0.92 V,最高能量转换效率为1.52％。
2、合成了规整戊基取代的聚噻吩衍生物P3PT。P3PT具有和P3HT类似的吸收光谱和电子能级。制备了基于P3PT:PC60BM(或IC60BA、IC70BA)器件的光伏电池,其中基于P3PT:IC60BA(1:1 w/w)光伏电池的开路电压为0.87 V,能量转换效率为3.65％,比基于P3PT:PC60BM(1:1 w/w)光伏电池的能量转换效率(1.66％)提高了2.2倍,而基于P3PT:IC70BA(1:1w/w)光伏电池的能量转换效率达到了4.52％。
富勒烯受体方面:
3、设计合成了几种噻吩取代的C60衍生物电子受体,ThCBM-1、ThCBM-2、ThCBM-3、ThCBM-4和ThCBM-5,通过改变富勒烯衍生物侧链上烷基链的长度来研究富勒烯衍生物电子受体结构的改变对聚合物太阳能电池光伏性能的影响。ThCBM-1～ThCBM-5具有几乎相同的吸收光谱和LUMO能级。基于ThCBM-5的光伏电池的转换效率(2.87％)和基于ThCBM-3的光伏电池的转换效率(2.86％)相近;基于比基于ThCBM-1光伏电池的能量转换效率稍差(1.49％)。