论文总字数：20906字

摘 要

随着工业的不断发展，地球上化石能源被不断开采和消耗的同时，自然环境也遭到了不断地破坏，世界能源和环境危机不断加剧，迫使人们找寻一种新的对环境没有太大影响的能源。其中，太阳能作为一种新型的清洁并且易获得的能源，越来越受到研究者们的重视。而光敏层是有机半导体材料的有机太阳能电池在工艺上制备比较容易，原料相对无机太阳能电池也便宜，材料的选择空间很大，并且拥有大面积制备的潜力，逐渐成为太阳能研究的热点。目前利用p型共轭聚合物作为给体和n型聚合物作为受体的聚合物太阳能电池是有机太阳能电池研究的前沿。研究者近几年发表了以一系列基于全聚合物太阳能电池的研究。与富勒烯衍生物作为受体材料的电池相比，聚合物受体制备的太阳能电池更易于调节吸收光谱和电子能级。，目前，采用氟化中间带隙聚合物给体材料J51和窄带隙聚合物受体材料N2200这两种材料形成共混膜的电池的光电转换效率已经达到8.26%。

目前，全聚合物太阳能电池的研究主要处在提高电池的光电转换效率的阶段。本论文的工作是从器件制备方面出发，以氟化中间带隙共聚物J71作为给体和低带隙聚合物N2200作为受体，利用溶液法制备全聚合物太阳能电池。通过调节溶液浓度、给体受体材料的比例来探究其对器件性能的影响，获得基于J71:N2200的最优器件结构。

关键词：全聚合物太阳能电池 效率 萘二酰亚胺（NDI） 苯并二噻吩(BDT)

The study on all-polymer solar cells

Abstract

With the continuous development of industry, fossil energy on the earth has been continuously mined and consumed, while natural environment has been continuously destroyed. The world energy and environmental crisis has become increasingly apparent. As a clean and efficient energy source, solar energy has received great attention. The fabrication of organic solar cells is relatively facile, the raw materials are cheaper than those for inorganic solar cells. The materials selection range is also large for the organic solar cells. Polymer solar cells using p-type conjugated polymers as donors and n-type organic semiconductors as acceptors are at the forefront of solar cell research. Among them, all-polymer solar cells using n-type conjugated polymers as acceptors have become hot spots. Polymer acceptors show adjustable absorption spectra and energy levels than fullerene derivative acceptors. At present, the PCE of All-polymer solar cell using a fluorinated intermediate band gap polymer donor material J51 and a narrow band gap polymer acceptor material N2200 has reached up to 8.26%.

This thesis is to fabricate all-polymer solar cells using the fluorinated intermediate band gap copolymer J71 as the donor and the low band gap polymer N2200 as the acceptor. Through adjusting the donor and acceptor’s concentration and the donor: acceptor ratio, the device performance was optimized.

Key Words: All-polymer solar cell; Efficiency; Naphthalene diimide (NDI); Benzodithiophene (BDT)

目 录

全聚合物太阳能电池制备及其器件性能研究 I

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 3

1.1绪论 3

1.2聚合物太阳能电池的发展 4

1.3全聚合物太阳能电池简介 5

1.3.1全聚合物太阳能电池的工作机理 6

1.3.2全聚合物太阳能电池的光学参数 7

第二章 非富勒烯聚合物太阳能电池活性层材料 9

2.1活性层材料简介 9

2.2 n-型共轭聚合物受体材料 9

2.2.1基于PDI的聚合物受体材料 9

2.2.2基于NDI的聚合物受体材料 9

2.3 聚合物给体光伏材料 11

2.3.1基于苯并二噻吩的D-A共聚物 12

2.4 研究构想 13

第三章 实验部分 15

3.1器件的制备 15

3.2器件的表征 16

3.3 实验结果以及分析 16

3.3.1 聚合物材料的吸收光谱 16

3.3.2采用LiF作为阴极缓冲层 17

3.3.3优化给体-受体聚合物材料质量比 18

第四章 结语 22

参考文献 23

致谢 25

第一章 引言

1.1绪论

人类发展的历史就是不断采用新能源，并且提高对能量的利用效率的历史。二十一世纪，随着自然资源的不断开采和利用，煤炭、石油等能源被大量消耗，目前可勘测到的储量按照目前的消耗量来看，只能继续开采几十年，远远不能够满足人类对于能源日益增长的需求。在这个过程中，国际社会出现了一系列自然生态问题，环境污染，温室效应等等。这些都需要全人类联合起来共同解决。同时，能源枯竭问题也是近些年来国际社会面临的重大问题之一。能源枯竭，环境污染等问题迫使人们寻找清洁、安全、可再生的新能源。人们纷纷将眼光投向太阳能、潮汐能、核能、风能、地热能等新型绿色能源的研究开发利用。在此之中太阳能取之不尽用之不竭，尤其是在我国的一些西部地区，地广人稀，年日照量可以达到3000小时。因此，太阳能作为一种非常理想的，清洁高效的能源受到了人们的青睐。

从贝尔实验室首次制备了单晶硅太阳能电池以来[1]，科学家们一直致力于研究如何高效地转化太阳能为电能。经过几十年的不断研究，无机太阳能电池的研究已经十分成熟完善，实现了商业化。在实验室里，无机太阳能电池的光电转化效率可以超过25%[2]，商业化的无机太阳能电池的效率可以超过15%。虽然无机太阳能电池已经可以很好地实现商业化，但由于其大规模生产制备的成本昂贵，笨重，并且制备工艺繁杂，限制了它的广泛应用。

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