聚合物太陽能電池材料的設(shè)計合成與性能研究

【摘要】：聚合物太陽能電池由于不僅具有材料來源廣泛、價格便宜、工藝簡單、柔韌性好等特點，而且通過對聚合物太陽能電池材料的設(shè)計可以調(diào)控光伏器件的性能而得到廣泛的關(guān)注。本文主要對聚合物太陽能電池的原理及結(jié)構(gòu)進行了簡要介紹，概述了其研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；設(shè)計并合成了18種新型的Donor-Acceptor結(jié)構(gòu)的共軛聚合物光伏材料，并對它們的結(jié)構(gòu)、分子量、熱穩(wěn)定性能、光物理性能和電化學性能進行了測試和分析。 （1）設(shè)計合成了氟硼二吡咯結(jié)構(gòu)衍生物，與噻吩、4,8-二烷氧基苯并二噻吩和4,8-二噻吩苯并二噻吩衍生物通過Stille偶聯(lián)反應合成了6個新型的D-A型共聚物。對它們進行熱失重分析發(fā)現(xiàn)它們具有良好的熱穩(wěn)定性能；紫外可見吸收光譜測得PBPT1、PBPBT1、PBPBTT1、PBPT2、PBPBT2和PBPBTT2固體薄膜的最大吸收峰分別為580nm、589nm、587nm、600nm、604nm和603nm；實驗顯示它們具有寬收光譜，且覆蓋了整個可見光區(qū)。這6個聚合物的電化學能帶隙和光學能帶隙測試的結(jié)果相近，屬于低能帶隙聚合物的范疇。 （2）設(shè)計合成了帶三噻吩側(cè)鏈的苯并二噻吩衍生物，與九種不同的雙溴化合物進行共聚合成出9個新型的D-A型共聚物。對它們進行熱失重分析發(fā)現(xiàn)它們具有良好的熱穩(wěn)定性能。紫外可見吸收光譜測得PBDBT1、PBDBT2、PBDBT3、PBDBT4、PBDBT5、PBDBT6、PBDBT7、PBDBT8和PBDBT9固體薄膜的最大吸收峰分別為590nm、605nm、625nm、591nm、536nm、694nm、600nm、771nm和588nm；實驗顯示它們具有寬吸收光譜，且覆蓋了整個可見光區(qū)。這9個聚合物的電化學能帶隙和光學能帶隙的測試結(jié)果相近，屬于低能帶隙聚合物的范疇。 （3）合成了以三噻吩并苯衍生物為電子給體，苯并噻二唑衍生物、苯并惡二唑衍生物和吡咯并吡咯二酮衍生物作為電子受體合成了3種新型的D-A型共聚物。對它們進行熱失重分析發(fā)現(xiàn)它們具有良好的熱穩(wěn)定性能。紫外可見吸收光譜測得聚合物PBODP固體薄膜的最大吸收峰為773nm，吸收光譜較寬，且覆蓋整個可見光區(qū)。聚合物PBODP的電化學能帶隙和光學能帶隙的測試結(jié)果相近，屬于低能帶隙聚合物的范疇。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 低能帶隙 共聚物 苯并二噻吩
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4;O633.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-38
• 1.1 引言10
• 1.2 聚合物太陽能電池的發(fā)展10-12
• 1.3 聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)12-13
• 1.4 聚合物太陽能電池的工作原理13-14
• 1.4.1 吸收光子產(chǎn)生激子13-14
• 1.4.2 激子的擴散14
• 1.4.3 電荷的分離14
• 1.4.4 電荷的傳輸與收集14
• 1.5 聚合物太陽能電池的性能參數(shù)14-16
• 1.5.1 短路電流 Isc15
• 1.5.2 開路電壓 Voc15
• 1.5.3 填充因子 FF15
• 1.5.4 能量轉(zhuǎn)換效率 PCE15-16
• 1.5.5 外量子效率 IPCE16
• 1.6 聚合物太陽能電池材料16-37
• 1.6.1 受體材料16-18
• 1.6.2 給體材料18-37
• 1.7 論文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點37-38
• 1.7.1 研究內(nèi)容37
• 1.7.2 創(chuàng)新點37-38
• 第二章 含氟硼二吡咯共聚物的合成與表征38-55
• 2.1 引言38
• 2.2 實驗部分38-50
• 2.2.1 試劑及測試38
• 2.2.2 單體和聚合物的合成38-50
• 2.3 結(jié)果與討論50-54
• 2.3.1 單體和聚合物的合成50-51
• 2.3.2 熱穩(wěn)定性分析51
• 2.3.3 紫外-可見吸收光譜51-52
• 2.3.4 循環(huán)伏安分析52-54
• 2.4 本章小結(jié)54-55
• 第三章 含 4,8-二三噻吩苯并二噻吩共聚物的合成與表征55-79
• 3.1 引言55
• 3.2 實驗部分55-72
• 3.2.1 試劑及測試55
• 3.2.2 單體和聚合物的合成55-72
• 3.3 結(jié)果與討論72-77
• 3.3.1 單體和聚合物的合成72-73
• 3.3.2 熱穩(wěn)定分析73-74
• 3.3.3 紫外-可見吸收光譜74-76
• 3.3.4 循環(huán)伏安分析76-77
• 3.4 本章小結(jié)77-79
• 第4章 含苯并三噻吩共聚物的合成與表征79-88
• 4.1 引言79
• 4.2 實驗部分79-84
• 4.2.1 試劑及測試79
• 4.2.2 單體和聚合物的合成79-84
• 4.3 結(jié)果與討論84-86
• 4.3.1 單體和聚合物的合成84
• 4.3.2 熱穩(wěn)定分析84-85
• 4.3.3 紫外-可見吸收光譜85-86
• 4.3.4 循環(huán)伏安分析86
• 4.4 本章小結(jié)86-88
• 第5章 總結(jié)和展望88-90
• 5.1 總結(jié)88-89
• 5.2 展望89-90
• 參考文獻90-100
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文100-101
• 致謝101-102
• 附錄 1 實驗所用藥品和試劑102-105
• 附錄 2 實驗所用儀器及檢測儀器105-106
• 附錄 3 單體和聚合物的核磁譜圖106-154

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