基于并吡咯二酮有机小分子给体材料的制备和光伏器件表征

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:A123456_gam
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体相异质结太阳能电池因为具有制备工艺简单、重量轻、柔性等优点而被人们认为是取代硅太阳能电池的有效产品。而有机小分子相对于聚合物而言,由于具有较高的纯度、较高的载流子迁移率、明确的分子结构和固定的分子量等优点而越来越受到人们的关注。   本文综述总结溶液可加工的有机小分子体异质结太阳能电池的原理、结构和发展现状。同时设计合成了四个溶液可加工的新型有机小分子给体材料。我们通过改变小分子的共轭性,构筑新型给受体共轭小分子等方法成功实现了对给体材料带隙、能级、表面形貌、迁移率以及器件性能的调节。具体研究成果如下:   1.通过Stille偶联方法合成了三个溶液可加工的有机小分子给体材料,以并吡咯二酮为受体单元,2-辛基噻吩、硒吩和噻吩[2,3-b]并噻吩为给体单元的D-A型小分子给体材料DPPT、DPPSe和DPPTT。研究表明:这些小分子具有较好的溶解性,较宽的吸收光谱以及较高的载流子迁移率。通过给体基团的调节,分子的HOMO能级逐步降低,在以DPPT、DPPSe和DPPTT分别为给体材料,PC61BM为受体的器件中,给受体按重量比3:1共混达到最高的光伏器件性能:5.59,5.81和5.74mA/cm2的短路电流,0.78,0.86和0.78V的开路电压,44%,47%和38%的填充因子和1.90%,2.33%和1.70%的能量转化效率。   2.通过Stille偶联方法合成了基于并吡咯二酮为受体单元,噻吩[2,3-b]并噻吩为给体单元的D-A型小分子材料DPP2TT。将给体材料与PC70BM共混(1:1,W/W)制备的光伏器件,分别在未退火,80℃,100℃,120℃和150℃的热退火下得到器件转化效率分别为:0.24%,0.48%,0.64%,0.72%,0.36%,其中在100℃下退火20min后得到的最佳器件光伏性能为:3.73mA/cm2的短路电流,0.62V的开路电压,31%的填充因子和0.72%的光电转化效率。
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