多维拓扑结构有机太阳能光伏材料的设计、合成及其性能的研究
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多维拓扑结构有机太阳能光伏材料的设计、合成及其性能的研究. 指导老师:赖文勇 组长:朱露清 成员:王海霞 罗建芬. Group of Macromolecular Semiconductors for Optoelectronics (GMSO). Contents. 1. 有机太阳能电池背景介绍. 2. 研究目的与思路. 现阶段合成进展与器件表征. 3. 后期工作计划与结论. 4. Group of Macromolecular Semiconductors for Optoelectronics (GMSO).

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多维拓扑结构有机太阳能光伏材料的设计、合成及其性能的研究多维拓扑结构有机太阳能光伏材料的设计、合成及其性能的研究

指导老师:赖文勇

组长:朱露清

成员:王海霞

罗建芬

Group of Macromolecular Semiconductors for Optoelectronics (GMSO)


Contents
Contents多维拓扑结构有机太阳能光伏材料的设计、合成及其性能的研究

1

有机太阳能电池背景介绍

2

研究目的与思路

现阶段合成进展与器件表征

3

后期工作计划与结论

4

Group of Macromolecular Semiconductors for Optoelectronics (GMSO)

Institute of advanced materials


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选题背景多维拓扑结构有机太阳能光伏材料的设计、合成及其性能的研究

1、能源与人类生活

人们衣食住行的方方面面都离不开能源,能源是人类社会发展的基石。而随着全球能源需求量的逐年增加,能源问题成为世界各国经济发展遇到的首要问题。

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由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

2、传统能源

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Solar Cells由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

绿色

环保

太阳能

不受地

域限制

取之不尽

用之不竭

选题背景

3、太阳能电池

怎样得到经济、高效的

太阳能电池是当今世界

研究的重要课题

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高转化率由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

制造成本高、

耗能大

污染较

严重

使用

寿命长

工艺发展成熟

选题背景

4、无机太阳能发展瓶颈与OPV

无机太阳能电池

有机太阳能电池(OPV)

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发电塑料由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

有机太阳电池的优势

有机太阳电池:

  • 光吸收系数高,约为硅的1000倍(105 cm-1)

  • 材料结构可修饰、可剪裁;

  • 可溶液加工,简单器件制作工艺;

  • 轻、薄、廉价;

  • 材料来源广泛;

  • 可实现大面积、柔性器件,利于推广应用。

薄膜电池

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目前的优势、局限和发展潜力由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

有机/聚合物薄膜光伏太阳电池技术有相当大的潜力能进一步提高效率。其显著优势是材料来源丰富、制造成本低、而且可以把太阳电池做在柔性的塑料上,降低价格的同时也可以开辟各种新的应用,如把太阳电池做在OLED、收音机或者小的电脑处理器的表面等。遗憾的是:

  • 效率有待于进一步提高;

  • 稳定性和工作寿命有待于提高;

  • 大面积且高效率有机太阳电池的制造工艺;

  • 窄带隙高迁移率有机半导体材料。

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目的与思路由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

1、设计开发一系列多维拓扑结构的光电材料,以新型有机共轭大分子材料的设计合成为核心,发展高效微波辅助合成方法,实现对一系列复杂结构有机光电功能材料的快速高效制备,并拓展其在有机太阳能电池领域的应用。

2、开发具有多维拓扑结构窄带隙、宽吸收的有机太阳能电池材料。

3、利用多维拓扑结构设计理念合成开发一系列材料,简化材料的合成,提高产率和纯度。

4、结合实验数据与理论分析,总结对于多维拓扑结构大分子材料作为有机光电子器件应用的规律,揭示其中的科学原理,为设计开发具有实用价值的高性能有机太阳能电池材料提供理论指导。

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主要工作内容由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

1、围绕材料的开发,通过对材料进行分子设计,太阳光吸波段的调控,分子量的控制等来合成良好的光伏材料。

2、通过对模型化合物进行理论计算、分子设计、材料光伏机制、光能团调控,材料与器件之间的影响的研究,研究其规律从而指导合成高效稳定的星射型光伏分子。

3、通过对器件的制备,进一步研究材料的合成、缩短步骤,降低成本,探讨解决光伏材料的实用化问题的途径。

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材料合成路线由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

臂的合成:

目标M1的合成

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材料合成路线由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

目标M2的合成

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材料合成路线由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

目标M3的合成

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材料由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。M1、M2、M3溶于DCM中的照片

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结构表征由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

 材料M1的MALDI-TOF质谱图

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结构表征由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

材料M3的MALDI-TOF质谱图

材料M2的MALDI-TOF质谱图

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光谱性质由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

M1、M2、M3 在THF溶液中紫外吸收 M1、M2、M3薄膜紫外吸收

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电化学循环伏安表征由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

M1、M2、M3的循环伏安曲线图

材料光学能级

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器件表征由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

M1、M2、M3材料J-V曲线

目标材料太阳能电池效率:

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AFM由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。表征:

标尺:5 μm×5 μm

M2

RMS=1.3286

M3

RMS=4.6706

M1

RMS=0.5632

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小结由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。

本研究设计合成了一系列的多维拓扑结构星形化合物有机太阳能电池材料,该材料避免了小分子和聚合物的缺陷并且同时涵盖了这两类化合物的大多数优点,因此,具有广泛的应用前景。

该类材料具有良好的溶解度,可以采用简单的旋凃就可以制作太阳能电池器件,加工

工艺简单,成本低廉,可以大面积的生产。

材料和受体之间能级的匹配有利于激子的形成及其分离,大大的提高了太阳能电池的开路电压和效率(开路电压高达1.06 V),在此基础上对材料进行改性将会有更大的突破,因此该类材料具有很大的潜力和应用价值。

Solution-Processable Star-Shaped Molecules for Organic Solar Cells

文章和专利正在撰写中。

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Thanks for your attention由于石油、煤炭等目前大量使用的传统能源对环境造成很大污染,如今也面临枯竭,同时新的能源生产供应体系又未能完全建立而造成能源危机。!

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