聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽能電池：給體材料的設計、合成及性質(zhì)

【摘要】： 體異質(zhì)結(jié)有機聚合物太陽能電池由于具有材料來源廣泛、性質(zhì)易于調(diào)節(jié)、重量輕、制備工藝簡單、可大面積成膜、柔性等優(yōu)點而成為人們近年來關(guān)注的熱點。本論文圍繞聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽能電池給體材料的設計、合成及相關(guān)性質(zhì)開展研究,主要內(nèi)容及結(jié)論如下: 1.文獻綜述部分概括了有機聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的重要發(fā)展歷史階段、結(jié)構(gòu)組成、性能的影響因素,以及近年來高性能聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽能電池材料等方面內(nèi)容。 2.在聚噻吩的側(cè)鏈引入三苯胺基團,成功的獲得了相對于聚3-己烷噻吩具有更低HOMO能級的一系列聚噻吩衍生物,并通過光伏器件性能表征證明了較低的HOMO能級可以有效提高聚噻吩的開路電壓。同時通過調(diào)節(jié)聚合物主側(cè)鏈的比例,可以有效增強聚合物的共軛性,從而改善光伏器件的Jsc和PCE。 3.構(gòu)筑橋連結(jié)構(gòu)的給受體聚合物,通過改變不同給電子能力的橋連基團可以有效調(diào)節(jié)聚合物的ICT態(tài)吸收峰的強度,從而實現(xiàn)對該系列聚合物的紫外可見吸收光譜以及能級的調(diào)節(jié),同時聚合物與PC61BM共混活性層也表現(xiàn)出不同程度的堆積效應和表面形貌,最終通過改變聚合物的橋連基團實現(xiàn)了對光物理性質(zhì)的調(diào)節(jié),從而使得聚合物的光伏性能得到明顯改善。 4.在給受體共聚物中,通過改變含有不同給電子能力和共平面性的共聚給體基團有效的調(diào)節(jié)了整個聚合物的ICT態(tài)強度以及共平面性,紫外可見吸收光譜結(jié)果表明隨著聚合物ICT態(tài)強度增加其光譜的最大吸收峰逐漸紅移,同時聚合物共平面性的提高也有效的增加了其薄膜狀態(tài)下的???堆積效應,最終通過改變給受體共軛聚合物的共聚給體基團成功的實現(xiàn)了對聚合物的能級、表面形貌等光物理性質(zhì)的調(diào)節(jié),并且光伏性質(zhì)也得到極大地提高。 5.在以2-吡喃-4-亞基丙二氰為受體的給受體聚合物的主鏈中引入高共平面性和強給電子能力的不同噻吩單元個數(shù)的齊聚噻吩,獲得了一系列帶隙窄、吸收范圍寬的聚合物。通過電化學測試發(fā)現(xiàn)隨著齊聚噻吩單元個數(shù)的增加聚合物的HOMO能級逐漸升高,并且含有不同齊聚噻吩的共聚物與PC61BM的共混膜也表現(xiàn)出了不同程度的堆積效應,最終該系列聚合物均獲得了較好的光伏器件性能。 6.在聚合物中引入兩種不同的吸電子基團,通過改變兩種受體基團的不同比例,可以有效調(diào)節(jié)聚合物的共軛性、帶隙、能級、分子間自組裝、遷移率以及光伏性質(zhì)。 【關(guān)鍵詞】：體異質(zhì)結(jié)太陽能電池 共軛聚合物 窄帶隙 表面形貌
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 提要4-9
• 第1章 文獻綜述9-35
• 1.1 引言9
• 1.2 聚合物太陽能電池重要發(fā)展歷史階段9-11
• 1.3 聚合物太陽能電池結(jié)構(gòu)11-13
• 1.4 體異質(zhì)結(jié)有機聚合物光伏器件性能的影響因素13-16
• 1.4.1 光吸收14-15
• 1.4.2 載流子遷移率15
• 1.4.3 能級15-16
• 1.5 有機聚合物太陽能電池的材料16-26
• 1.5.1 受體材料16-18
• 1.5.2 給體材料18-26
• 1.6 本論文的設計思想與研究內(nèi)容26-28
• 參考文獻28-35
• 第2章 側(cè)鏈含有三苯胺基團聚噻吩衍生物的合成、表征及光伏性35-55
• 2.1 引言35
• 2.2 材料的合成35-41
• 2.2.1 試劑和儀器35-37
• 2.2.2 材料的合成37-41
• 2.3 結(jié)果與討論41-52
• 2.3.1 共聚物的合成41-44
• 2.3.2 聚合物的分子量表征及熱力學性質(zhì)44-45
• 2.3.3 光物理及理論計算性質(zhì)45-48
• 2.3.4 電化學性質(zhì)48-50
• 2.3.5 光伏性能50-52
• 2.4 本章小結(jié)52
• 參考文獻52-55
• 第3章 含有不同橋連基團的芴基給受體共軛聚合物的合成、表征及光伏性質(zhì)55-75
• 3.1 引言55-56
• 3.2 材料的合成56-61
• 3.2.1 試劑和儀器56-57
• 3.2.2 材料的合成57-61
• 3.3 結(jié)果與討論61-72
• 3.3.1 共聚物的合成61-63
• 3.3.2 聚合物的分子量表征及熱力學性質(zhì)63-64
• 3.3.3 光物理及理論計算性質(zhì)64-67
• 3.3.4 電化學性質(zhì)67-69
• 3.3.5 光伏性能69-72
• 3.4 本章小結(jié)72-73
• 參考文獻73-75
• 第4章 含有不同共聚給體基團的給受體共軛聚合物的合成、表征及光伏性質(zhì)75-93
• 4.1 引言75-76
• 4.2 材料的合成76-79
• 4.2.1 試劑和儀器76-77
• 4.2.2 材料的合成77-79
• 4.3 結(jié)果與討論79-90
• 4.3.1 共聚物的合成79-81
• 4.3.2 聚合物的分子量表征及熱力學性質(zhì)81-82
• 4.3.3 光物理性質(zhì)82-85
• 4.3.4 電化學性質(zhì)85-87
• 4.3.5 光伏性能87-90
• 4.4 本章小結(jié)90-91
• 參考文獻91-93
• 第5章 基于齊聚噻吩的給受體窄帶隙共軛聚合物的合成、表征及光伏性質(zhì)93-110
• 5.1 引言93
• 5.2 材料的合成93-96
• 5.2.1 試劑和儀器93-95
• 5.2.2 材料的合成95-96
• 5.3 結(jié)果與討論96-107
• 5.3.1 共聚物的合成96-98
• 5.3.2 聚合物的分子量表征及熱力學性質(zhì)98-99
• 5.3.3 光物理性質(zhì)99-101
• 5.3.4 電化學性質(zhì)及理論計算101-104
• 5.3.5 光伏性能104-107
• 5.4 本章小結(jié)107-108
• 參考文獻108-110
• 第6章 二噻吩并苯與兩種不同受體單元的D-A 型共軛聚合物的合成表征及光伏性質(zhì)110-133
• 6.1 引言110-111
• 6.2 材料的合成111-116
• 6.2.1 試劑和儀器111-112
• 6.2.2 材料的合成112-116
• 6.3 結(jié)果與討論116-130
• 6.3.1 共聚物的合成116-117
• 6.3.2 聚合物的分子量表征及熱力學性質(zhì)117-119
• 6.3.3 光物理性質(zhì)119-121
• 6.3.4 電化學及理論計算性質(zhì)121-124
• 6.3.5 光伏性能124-130
• 6.4 本章小結(jié)130-131
• 參考文獻131-133
• 第7章 結(jié)論133-135
• 作者簡歷135-136
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及取得的科研成果136-139
• 致謝139-140
• 中文摘要140-143
• ABSTRACT143-145

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