噻吩—苯并噻二唑—芴類小分子及聚合物太陽能電池給體材料的合成及其光伏性能研究

【摘要】：本論文系統(tǒng)地介紹了有機(jī)聚合物及小分子太陽能電池材料及器件的研究進(jìn)展。以提高材料的載流子遷移率為出發(fā)點(diǎn),我們設(shè)計(jì)并合成了一系類含咔唑側(cè)基的二噻吩苯并噻二唑-芴-二咔唑基芴共軛聚合物光伏材料和以芳基吡咯并吡咯二酮(DPP)和苯并噻二唑(BT)為受體單元的3D-2A和2D-3A結(jié)構(gòu)的線型有機(jī)小分子光伏材料。對所合成的目標(biāo)分子都通過核磁、元素分析等測試手段來表征其結(jié)構(gòu),并利用紫外-可見吸收光譜(UV-vis)、差示掃描量熱儀(DSC)、熱失重分析(TGA)和循環(huán)伏安(CV)等方法研究了所合成材料的光物理、熱穩(wěn)定及電化學(xué)性能。同時(shí),我們制作了基于所合成的聚合物和有機(jī)小分子光伏材料所組裝的本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光伏性能,研究了材料結(jié)構(gòu)對光伏性能的影響。本論文獲得的主要結(jié)論如下: 1.設(shè)計(jì)并合成了三種咔唑基團(tuán)修飾的二噻吩苯并噻二唑-芴-二咔唑基芴共聚物PFO-FCz-DBT5、PFO-FCz-DBT15和PFO-FCz-DBT30,并系統(tǒng)地研究了引入的咔唑側(cè)基對共聚物的熱穩(wěn)定性、光物理、電化學(xué)和光伏性能的影響。通過與相對應(yīng)的未經(jīng)咔唑修飾的聚合物相比,結(jié)果顯示:經(jīng)過咔唑修飾的聚合物,其本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的載流子遷移率和光電轉(zhuǎn)換效率都有了顯著的提高。測試結(jié)果表明:在模擬太陽光AM 1.5,100 mW/cm~2光照射下,基于聚合物PFO-FCz-DBT5、PFO-FCz-DBT15和PFO-FCz- DBT30/PC60BM (1:3 w/w)制作的本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池,它們的光電轉(zhuǎn)換效率分別為0.52%、1.11%和2.41%。 2.設(shè)計(jì)并通過Stille偶聯(lián)、Suzuki偶聯(lián)和Knoevenagel縮合等一系列經(jīng)典的有機(jī)反應(yīng),合成了以芳基吡咯并吡咯二酮(DPP)和苯并噻二唑(BT)為受體單元的3D-2A和2D-3A結(jié)構(gòu)的線型有機(jī)小分子光伏材料D1、D2和D3。研究了引入咔唑取代基對小分子光伏材料的光物理、電化學(xué)、熱穩(wěn)定和光伏性能的影響。在模擬太陽光AM 1.5,100 mW/cm~2照射下,小分子光伏材料D1的太陽能電池表現(xiàn)出最好的光伏性能,其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了0.39% (J_(sc)= 2.56 mA/cm~2, V_(oc) = 0.54 V, and FF = 0.28)。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 合成 本體異質(zhì)結(jié) 有機(jī)小分子太陽能電池 咔唑 光伏性能
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：O633.5;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-22
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 有機(jī)太陽能電池簡介9-12
• 1.2.1 有機(jī)太陽能電池工作原理-光生伏特效應(yīng)9-10
• 1.2.2 有機(jī)太陽能電池器件結(jié)構(gòu)10-12
• 1.3 有機(jī)太陽能電池的性能表征12-14
• 1.3.1 有機(jī)太陽能電池中幾個(gè)常見的性能表征參數(shù)12-14
• 1.3.2 有機(jī)太陽能電池的輸出特性--電流電壓(J-V) 特性曲線14
• 1.4 影響有機(jī)太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的因素14-15
• 1.4.1 有機(jī)光伏活性材料的光吸收14-15
• 1.4.2 有機(jī)光伏材料載流子的傳輸15
• 1.4.3 界面和電極材料的影響15
• 1.5 有機(jī)本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池材料15-20
• 1.5.1 富勒烯及其衍生物15-16
• 1.5.2 噻吩類材料16-18
• 1.5.3 對苯撐乙烯撐及其衍生物(PVs)18
• 1.5.4 芳香胺類材料18-19
• 1.5.5 稠環(huán)芳香化合物19-20
• 1.5.6 酞菁類染料20
• 1.6 論文的設(shè)計(jì)思想與研究內(nèi)容20-22
• 第2章 二噻吩-苯并噻二唑-二咔唑基芴共聚物的合成及其光伏性能研究22-40
• 2.1 引言22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分23-31
• 2.2.1 原料與試劑23-24
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及測試條件24-25
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)合成路線25
• 2.2.4 單體和聚合物的合成25-31
• 2.3 結(jié)果與討論31-38
• 2.3.1 單體和聚合物的合成及結(jié)構(gòu)表征31-32
• 2.3.2 聚合物的表面形貌特征32-33
• 2.3.3 聚合物的熱性能33-34
• 2.3.4 聚合物的紫外-可見吸收光譜34-35
• 2.3.5 聚合物的電化學(xué)性能35-37
• 2.3.6 聚合物的光伏性能37-38
• 2.4 本章小結(jié)38-40
• 第3章 基于芳基吡咯并吡咯二酮和苯并噻二唑的線性2D-3A 與3D-2A 型有機(jī)小分子光伏材料的合成及性能研究40-60
• 3.1 引言40-41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分41-52
• 3.2.1 原料與試劑41-42
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及測試條件42
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)合成路線42-44
• 3.2.4 中間體和目標(biāo)分子的合成44-52
• 3.3 結(jié)果與討論52-59
• 3.3.1 中間體和目標(biāo)分子的合成與表征52-53
• 3.3.2 小分子光伏材料的光物理性質(zhì)53-55
• 3.3.3 小分子光伏材料的熱穩(wěn)定性能55
• 3.3.4 小分子光伏材料的電化學(xué)性能55-57
• 3.3.5 小分子材料的光伏性能57-59
• 3.4 本章小結(jié)59-60
• 總結(jié)與展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況70

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