N环化苝酰亚胺类材料的设计、合成及光伏电池性能研究
近年来，太阳能电池作为一种清洁的光电转换器件受到了广泛的关注。其中，有机太阳能电池具有无机太阳能电池所不具备的诸多优势，如质轻、柔性、半透明、可卷对卷大面积制备等。在过去的四十年里，人们对有机太阳能电池的光电转换机理进行了深入的研究，推动了有机光伏材料在材料设计和器件制备方面的不断进步。然而，与无机太阳能电池相比，有机太阳能电池仍然存在许多制约其产业化发展的因素，例如由能量损失引起的器件开路电压较低，导致有机光伏难以获得高效的光电转换效率。针对这一问题，本论文以结构改进后的苝酰亚胺为受体单元，设计了新型受体材料，并将其应用于单组分和二元有机太阳能电池中，探讨了新型苝酰亚胺受体在有机太阳能电池中的潜在应用价值。具体研究内容如下: 1、设计并合成了一种具有深LUMO能级的受体单元氮环化苝酰亚胺(PNR),并将其引入双缆聚合物中。在分子设计上，将PNR以横向方式连接在给体骨架PBDB-T-Cl上，根据对称和不对称的结构特征合成了两种双缆单组分聚合物，分别命名为s-PPNR和as-PPNR。经过器件性能的优化，两种聚合物均通过降低电压损失实现了超过1.17V的高开路电压。并且，与s-PPNR的3.34％器件效率相比，as-PPNR的效率达到了5.05％。为了探究造成两种宽带隙单组分太阳能电池性能差异的原因，本文采用了多种物理表征手段进行了深入分析。本研究中，s-PPNR和as-PPNR的电压均超过了已报道的双缆聚合物单组分太阳能电池的电压，为单组分太阳能电池在室内光等应用领域的发展提供了新思路。 2、进一步研究了改性后的苝酰亚胺受体PNR的性能，将PNR和PBI作为第三组分分别加入到以PM6为给体，以BTP-BO-4C1为受体的二元太阳能电池中，构建了新型的三元太阳能电池。经过器件参数的优化，发现添加0.1比例的PNR的三元太阳能电池器件效率达到了17.50％,高于二元结构的17.02％,而添加了0.1比例的PBI的三元太阳能电池器件效率仅为16.39％。为了揭示添加不同苝酰亚胺受体对太阳能电池性能影响的机理，采用了多种物理表征手段进行了详细分析。本研究中，改性苝酰亚胺的引入不仅为太阳能电池的材料设计提供了新的思路，还为多元太阳能电池的高性能化发展提供了新的途径。
有机太阳能电池;苝酰亚胺受体;器件效率
北京化工大学
硕士
材料与化工
李韦伟;林德苗
2023
中文
TM914.4;TM24
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）