基于吩噻嗪和三苯胺的太陽能電池材料的設(shè)計(jì)合成與性能研究

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,能源危機(jī)日益嚴(yán)重,所以清潔的可再生能源逐漸成為人們研究的重點(diǎn)。而太陽能由于其取之不盡、用之不竭一直以來都是人們研究的熱點(diǎn)。目前研究最多的是具有給體單元(Donor)-受體單元(Acceptor)共軛結(jié)構(gòu)的有機(jī)太陽能電池材料,這種D-A型結(jié)構(gòu)能夠降低材料的禁帶寬度進(jìn)而拓寬材料的吸收光譜。本文成功構(gòu)建了一系列新型具有D-A型結(jié)構(gòu)的共軛聚合物和小分子材料,它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)通過核磁共振得到確認(rèn),分子量通過凝膠色譜法(GPC)測得,此外,還對這些光伏材料的熱性質(zhì)、光學(xué)性能和電化學(xué)等性能進(jìn)行了研究。(1)設(shè)計(jì)并合成了含吩噻嗪結(jié)構(gòu)的雙溴化合物、苯并噁二唑雙溴化合物、苯并噻二唑雙溴化合物和含苯并二噻吩的雙錫化合物。以苯并噁二唑雙溴化合物、含吩噻嗪的雙溴化合物按不同比例(5:1、3:1、1:1、1:3、1:5)和雙錫化合物進(jìn)行共聚得聚合物P1、P2、P3、P4和P5;以苯并噻二唑雙溴化合物、含吩噻嗪的雙溴化合物按不同比例(5:1、3:1、1:1、1:3、1:5)和雙錫化合物進(jìn)行共聚得聚合物P6、P7、P8、P9和P10。熱穩(wěn)定性研究表明,這幾個(gè)聚合物都具有較好的熱穩(wěn)定性,都達(dá)到了制備成聚合物太陽能電池器件的條件;光物理性質(zhì)研究表明,這幾個(gè)聚合物的吸收范圍比較寬;電化學(xué)性質(zhì)研究表明,這幾個(gè)聚合物能帶隙都比較低,與光學(xué)能帶隙相差不大,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了通過控制各單元之間的比例來調(diào)節(jié)聚合物的能帶隙和吸收光譜范圍這一目的。(2)設(shè)計(jì)并合成了以光電性能優(yōu)異的吩噻嗪為給電子單元,吸電子能力較強(qiáng)的丙二腈、2-乙基己基氰基乙酸酯、和3-乙基繞丹寧作吸電子單元構(gòu)建了3種新型的D-A型結(jié)構(gòu)的有機(jī)小分子給體材料。通過測試這些小分子的紫外可見吸收光譜、循環(huán)伏安、熒光光譜和熱穩(wěn)定性,得知這類小分子的吸收光譜比較寬、氧化還原電勢比較低并且具有較好的熱穩(wěn)定性。(3)設(shè)計(jì)并合成了基于帶三苯胺側(cè)鏈的苯并噻二唑衍生物與二噻吩并噻咯、二噻吩并吡咯、二噻吩并環(huán)戊二烯、芴和苯并二噻吩衍生物等的共聚物。對這些聚合物進(jìn)行紫外可見吸收光譜、循環(huán)伏安、熒光光譜和熱穩(wěn)定性等一系列表征,結(jié)果表明這些聚合物都具有較高的熱分解溫度,吸收光譜比較寬,基本覆蓋了整個(gè)可見光區(qū)。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)太陽能電池 共聚物 有機(jī)小分子 低能帶隙 吩噻嗪 三苯胺
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-28
• 1.1 引言9
• 1.2 有機(jī)太陽能電池的研究進(jìn)展9-10
• 1.3 有機(jī)太陽能電池基本原理10-11
• 1.4 有機(jī)太陽能電池的性能參數(shù)11-12
• 1.5 有機(jī)光伏器件的類型12-13
• 1.6 有機(jī)聚合物太陽能電池活性層材料13-21
• 1.6.1 聚合物受體材料13-15
• 1.6.2 聚合物給體材料15-21
• 1.7 有機(jī)小分子太陽能電池活性層材料21-26
• 1.7.1 有機(jī)小分子給體材料21-25
• 1.7.2 有機(jī)小分子受體材料25-26
• 1.8 論文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)26-28
• 1.8.1 研究內(nèi)容26-27
• 1.8.2 創(chuàng)新點(diǎn)27-28
• 第2章 含吩噻嗪共聚物的合成與表征28-44
• 2.1 引言28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分28-37
• 2.2.1 試劑及測試28
• 2.2.2 單體和聚合物的合成28-37
• 2.3 結(jié)果與討論37-43
• 2.3.1 單體和聚合物的合成37-38
• 2.3.2 熱穩(wěn)定分析38-39
• 2.3.3 紫外-可見吸收光譜39-40
• 2.3.4 循環(huán)伏安分析40-42
• 2.3.5 熒光分析42-43
• 2.4 本章小結(jié)43-44
• 第3章 含吩噻嗪的D-A型小分子材料的合成與表征44-52
• 3.1 引言44
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分44-48
• 3.2.1 試劑及測試44
• 3.2.2 單體和聚合物的合成44-48
• 3.3 結(jié)果與討論48-51
• 3.3.1 熱穩(wěn)定性分析48
• 3.3.2 紫外-可見吸收光譜48-49
• 3.3.3 循環(huán)伏安分析49-51
• 3.3.4 熒光分析51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第4章 含側(cè)鏈三苯胺共聚物的合成與表征52-71
• 4.1 引言52
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分52-65
• 4.2.1 試劑及測試52
• 4.2.2 單體和聚合物的合成52-65
• 4.3 結(jié)果與討論65-69
• 4.3.1 單體和聚合物的合成65-66
• 4.3.2 熱穩(wěn)定分析66-67
• 4.3.3 紫外-可見吸收光譜67-68
• 4.3.4 循環(huán)伏安分析68-69
• 4.4 本章小結(jié)69-71
• 第5章 總結(jié)與展望71-73
• 5.1 總結(jié)71-72
• 5.2 展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-80
• 攻讀碩士研究生期間發(fā)表論文80-81
• 致謝81-82
• 附錄1 實(shí)驗(yàn)所用試劑及其純化方法82-85
• 附錄2 實(shí)驗(yàn)所用儀器及檢測儀器85-86
• 附錄3 單體和聚合物的核磁譜圖86-122

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