D-A型分子材料的合成及其在有機(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用

【摘要】：由于有機(jī)太陽(yáng)能電池制備簡(jiǎn)單、成本低以及可大面積制造的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域引起人們?cè)絹?lái)越多的興趣。本論文系統(tǒng)的概述了聚合物和有機(jī)小分子這兩類被廣泛研究的有機(jī)太陽(yáng)能電池材料。苯并二茚類材料是由多元稠環(huán)連接而成，因此具有優(yōu)良的平面性以及較高的共軛程度，因而可以作為太陽(yáng)電池給體材料中的給體單元。此外,苯并噻二唑（BT）也是被公認(rèn)的最為有效的電子受體單元之一。 本論文以十二烷氧基苯基取代的苯并二茚類材料（IDT）為給體單元，分別與同樣具有給電子能力的三聯(lián)噻吩（D）單元以及具有吸電子能力二噻吩苯并噻二唑(A)共聚，得到D-D型結(jié)構(gòu)的共軛聚合物PIDT3T和D-A型結(jié)構(gòu)的共軛聚合物PIDTDTBT。以此來(lái)研究這兩種不同類型結(jié)構(gòu)的聚合物在熱穩(wěn)定性、光物理、電化學(xué)以及光伏性能方面的差異，分別采用熱失重分析（TGA）、紫外-可見(jiàn)吸收光譜（UV-vis）、伏安循環(huán)（CV）等手段表征其性質(zhì)。同時(shí)，本論文還將苯并二茚類材料（IDT）引入不同類型的側(cè)鏈，正己基側(cè)鏈（IDT-C6）和十二烷氧基側(cè)鏈（IDT-OC12），并以此為核，與二聯(lián)噻吩相連的苯并噻二唑偶聯(lián)合成兩類新型A-D-A結(jié)構(gòu)的小分子BTIDT-C6和BTIDT-OC12，以此來(lái)探索側(cè)鏈對(duì)分子的光物理、電化學(xué)以及光伏性能的影響。本論文通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論如下： 1.基于IDT單元的聚合物PIDTDTBT與聚合物PIDT3T都具有比較好的熱穩(wěn)定性，分解溫度Td均超過(guò)了400℃。前者要比后者具有更寬的光譜吸收。此外，PIDTDTBT的HOMO和LUMO能級(jí)分別為-5.30eV和-3.70eV，PIDT3T的HOMO和LUMO能級(jí)分別為-5.35eV和-3.55eV,能級(jí)帶隙分別為1.60eV和1.80eV，前者要比后者具有更窄的能級(jí)帶隙。在相同的測(cè)試條件下，模擬太陽(yáng)光AM1.5，100mW/cm-2照射下，聚合物PIDTDTBT的光電轉(zhuǎn)換效率要比PIDT3T高很多，分別為4.52%和3.26%。 2.基于IDT單元的不同側(cè)鏈的兩類小分子BTIDT-C6和BTIDT-OC12在紫外吸收以及電化學(xué)方面沒(méi)有太大差異。其中，BTIDT-C6的HOMO和LUMO能級(jí)分別為-5.37eV和-3.71eV，BTIDT-OC12的HOMO和LUMO能級(jí)分別為-5.34eV和-3.73eV,電化學(xué)能級(jí)帶隙分別為1.66eV和1.61eV。但是后者的熔點(diǎn)要比前者低很多，分別是69.4℃和110.2℃。在相同的測(cè)試條件下，模擬太陽(yáng)光AM1.5，100mW/cm-2照射下，BTIDT-C6的光電轉(zhuǎn)換效率要比BTIDT-OC12高20%左右，分別為4.83%和4.06%。對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能方面，小分子BTIDT-C6比BTIDT-OC12具有更高的空穴遷移率，分別為5.4×10-4cm2/Vs和1.1×10-4cm2/Vs。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽(yáng)能電池 有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池 苯并二茚 苯并噻二唑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TQ25;TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的概述10-15
• 1.2.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷史10-11
• 1.2.2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的工作原理11-12
• 1.2.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)12-14
• 1.2.3.1 單層器件12-13
• 1.2.3.2 雙層異質(zhì)結(jié)器件13
• 1.2.3.3 本體異質(zhì)結(jié)器件13
• 1.2.3.4 分子 D-A 結(jié)器件13-14
• 1.2.3.5 疊層結(jié)構(gòu)器件14
• 1.2.4 有機(jī)太陽(yáng)能電池性能表征14-15
• 1.3 聚合物太陽(yáng)能電池材料15-20
• 1.3.1 聚噻吩類給體材料15-16
• 1.3.2 聚對(duì)苯乙烯撐類給體材料16-17
• 1.3.3 聚苯并二噻吩類給體材料17-18
• 1.3.4 聚芴類給體材料18-19
• 1.3.5 聚多元并芳香環(huán)類給體材料19-20
• 1.4 有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池材料20-23
• 1.4.1 齊聚噻吩類有機(jī)小分子給體材料20-21
• 1.4.2 苯并噻二唑類有機(jī)小分子給體材料21-22
• 1.4.3 吡咯并吡咯二酮類有機(jī)小分子給體材料22-23
• 1.5 論文的研究?jī)?nèi)容及意義23-24
• 2 基于苯環(huán)基取代的苯并二茚類聚合物的合成及光伏性能的研究24-37
• 2.1 引言24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分24-29
• 2.2.1 原料和試劑24-25
• 2.2.2 材料的表征設(shè)備與儀器25-26
• 2.2.3 聚合物太陽(yáng)能電池器件的制備及測(cè)試26
• 2.2.4 單體的合成26-28
• 2.2.5 聚合物的合成28-29
• 2.3 結(jié)果與討論29-35
• 2.3.1 單體和聚合物的合成與表征29-30
• 2.3.2 聚合物的熱穩(wěn)定性30-31
• 2.3.3 聚合物的光學(xué)性能31-33
• 2.3.4 聚合物的電化學(xué)性能33-34
• 2.3.5 聚合物的光伏性能34-35
• 2.4 本章小結(jié)35-37
• 3 基于苯環(huán)基取代的苯并二茚類小分子的合成及光伏性能的研究37-51
• 3.1 引言37-38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分38-42
• 3.2.1 原料和試劑38-39
• 3.2.2 材料的表征設(shè)備與儀器39
• 3.2.3 有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池器件的制備及測(cè)試39
• 3.2.4 有機(jī)小分子場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的制備及測(cè)試39-40
• 3.2.5 單體 IDT 錫鹽的合成40-41
• 3.2.6 有機(jī)小分子 BTIDT-C6 和 BTIDT-OC12 的合成41-42
• 3.3 結(jié)果與討論42-49
• 3.3.1 單體和小分子的合成與表征42-43
• 3.3.2 小分子的光學(xué)性能43-44
• 3.3.3 小分子的電化學(xué)性能44-45
• 3.3.4 小分子的光伏性能45-47
• 3.3.5 小分子的場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能47-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 結(jié)論51-52
• 參考文獻(xiàn)52-55
• 致謝55-56
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷56-57

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