氟元素取代对有机太阳能电池性能影响的研究

作     者：常玉莹 

作者单位：牡丹江师范学院 

学位级别：硕士

导师姓名：邵艳秋

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：有机太阳能电池 氟元素取代 聚合物 小分子 

摘      要：在光伏电池领域中,有机太阳能电池凭借质量轻、原材料丰富、制备工艺简单以及可大面积制备等优点受到广泛关注。在有机太阳能电池中,氟元素取代是实现高效体异质结(BHJ)太阳能电池的有效策略,氟元素取代提高器件能量转换效率的机制是重要的研究课题。本文主要从BHJ太阳能电池的电荷产生和重组特性两个方面对提高器件能量转换效率的机制进行探究,用氟元素取代制备聚合物有机太阳能电池与全小分子有机太阳能电池。采用原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)、掠入射广角X射线衍射(GIWAXS)等技术手段对器件进行表征,进一步研究氟元素取代对有机太阳能电池的影响,主要工作如下。(1)选用氟取代前后的PBDT[2H]T与PBDT[2F]T作为给体材料分别与富勒烯受体材料PCBM制备聚合物有机太阳能电池PBDT[2H]T:PCBM与PBDT[2F]T:PCBM。对其进行机理分析,结果显示两个器件在相同处理条件下,PBDT[2F]T:PCBM能量转换效率达到6.2%,与相同条件下的PBDT[2H]T:PCBM器件相比提升了56.5%。(2)利用一系列优化方法设计合成DC5T与2FDC5T寡聚噻吩材料作为给体材料,非富勒烯IDIC-4F作为受体材料制备全小分子有机太阳能电池DC5T:IDIC-4F与2FDC5T:IDIC-4F。通过机理分析,结果显示与DC5T材料相比,在寡聚噻吩给体上进行氟化的2FDC5T有助于优化活性层的形态并减少器件中陷阱辅助重组,使其具有较优的器件性能,能量转换效率高达9.02%。