低能帶隙共軛高分子作為聚合物太陽能電池材料的合成與研究

【摘要】： 本論文首先采用電子給體-受體交替共聚的策略,選擇3,4-乙撐二氧噻吩(EDOT)為電子給體單元,1,4,5,8-萘四甲酸二酰亞胺(NBI)的衍生物為電子受體單元,選用Stille偶聯(lián)聚合的方法,設(shè)計(jì)并成功合成出了低能帶隙的交替共聚高分子P1。其中,成功合成了重要單體2,5-二(三丁基錫)-3,4-乙撐二氧噻吩(2)并解決了其難以提純的問題,完成了1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NBA)的溴化和酰胺化反應(yīng),以及兩個單體的Stille偶聯(lián)聚合反應(yīng),最后得到了分子量適中的目標(biāo)共聚物P1;成功合成出了單體2-三丁基錫-3,4-乙撐二氧噻吩(1),并實(shí)現(xiàn)了其與電子受體單元的偶聯(lián)反應(yīng),得到三聚體bis-EDOT-NBI;利用1H NMR、13C NMR、質(zhì)譜和元素分析對中間體、單體、三聚體及共聚物P1的結(jié)構(gòu)做了表征,證明得到了目標(biāo)化合物,并且純度較高。紫外吸收光譜顯示三聚體bis-EDOT-NBI在540 nm有最大吸收峰,通過吸收起始位置估算其光學(xué)能帶隙為1.99 eV。對共聚物P1的熱學(xué)性能、光學(xué)性能和電學(xué)性能做了表征,TGA測試顯示其熱分解溫度Td為440℃,顯示該材料具有良好的熱穩(wěn)定性;溶液紫外吸收光譜顯示其在400到750 nm之間有較大吸收,由其固體紫外吸收起始位置估算其光學(xué)能帶隙為1.75 eV,屬于低能帶隙范疇;循環(huán)伏安曲線得到其電子親和勢EA (LUMO能級)值為3.90 eV,離子勢Ip (HOMO能級)值為5.65 eV,均為同類聚合物中較高者。由共聚物較低的光學(xué)能帶隙和較寬泛的光譜吸收推斷其在太陽能電池材料以及其他光電器件中具有很大的應(yīng)用前景。 本論文第二部分在上一步工作的基礎(chǔ)上,成功合成出重要單體2,5-二溴-3,4-乙撐二氧噻吩(6)并使其參與共聚,用Stille偶聯(lián)聚合的方法制備出了無規(guī)共聚高分子P2。并利用1H NMR、13C NMR和元素分析對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,證明得到的目標(biāo)共聚物產(chǎn)物P2純度很高,用GPC分析了其分子量。對無規(guī)共聚物P2的熱學(xué)性能、光學(xué)性能和電學(xué)性能做了表征。其熱分解溫度Td為420℃,顯示該材料具有良好的熱穩(wěn)定性;溶液紫外吸收光譜顯示其在500到900 nm之間有較大吸收,由其固體薄膜紫外吸收起始位置估算其光學(xué)能帶隙為1.38 eV,屬于低能帶隙范疇;循環(huán)伏安曲線得到其電子親和勢EA (LUMO能級)值為3.84 eV,離子勢Ip (HOMO能級)值為5.22 eV,均為同類聚合物中較高者。由共聚物較低的光學(xué)能帶隙和較寬泛的光譜吸收推測其在太陽能電池材料以及其他光電器件中具有很大的應(yīng)用前景。此外,用試驗(yàn)驗(yàn)證了單體(6)固態(tài)聚合的現(xiàn)象,得到了藍(lán)黑色導(dǎo)電高分子聚(3,4-乙撐二氧噻吩)(PEDOT)。 【關(guān)鍵詞】：低能帶隙 共軛高分子 乙撐二氧噻吩 萘四甲酸二酰亞胺 太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：O631.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 第一章 緒論8-26
• 1.1 前言8-9
• 1.2 聚合物太陽能電池的研究歷史9-11
• 1.3 有機(jī)太陽能電池器件11-15
• 1.3.1 有機(jī)太陽能電池材料11-12
• 1.3.2 太陽能電池器件的制備工藝12-13
• 1.3.3 有機(jī)太陽能電池器件的結(jié)構(gòu)13-15
• 1.4 低能帶隙聚合物分類15-25
• 1.4.1 聚噻吩類15-17
• 1.4.2 聚(3,4-乙撐二氧噻吩)(PEDOT)17
• 1.4.3 聚異苯并噻吩(PITN)17-18
• 1.4.4 基于苯并噻吩ITN 的共聚物18-19
• 1.4.5 基于苯并噻二唑、吡咯和噻吩的共聚物，PTPTB19-21
• 1.4.6 基于噻吩、苯并噻二唑或者苯并二(噻二唑)的共聚物21-22
• 1.4.7 基于噻吩并吡嗪的共聚物，PTP22-23
• 1.4.8 基于聚芴的共聚物23-25
• 1.5 本論文的主要工作和創(chuàng)新25-26
• 第二章 3,4-乙撐二氧噻吩和萘四甲酸二酰亞胺的交替共聚共軛高分子的合成及光學(xué)性能、電學(xué)性能表征26-47
• 2.1 引言26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分26-35
• 2.2.1 試劑與儀器26-28
• 2.2.2 目標(biāo)化合物的制備和表征28-35
• 2.3 結(jié)果與討論35-45
• 2.3.1 合成與表征35-39
• 2.3.2 熱性能39-40
• 2.3.3 光學(xué)性能40-43
• 2.3.4 電學(xué)性能43-45
• 2.4 結(jié)論45-47
• 第三章 3,4-乙撐二氧噻吩和萘四甲酸二酰亞胺的無規(guī)共聚共軛高分子的合成及光學(xué)性能、電學(xué)性能表征47-61
• 3.1 引言47-48
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分48-52
• 3.2.1 試劑與儀器48-49
• 3.2.2 目標(biāo)化合物的制備和表征49-52
• 3.3 結(jié)果與討論52-60
• 3.3.1 合成與表征52-55
• 3.3.2 熱性能55-56
• 3.3.3 光學(xué)性能56-58
• 3.3.4 電學(xué)性能58-60
• 3.4 結(jié)論60-61
• 第四章 結(jié)論61-62
• 參考文獻(xiàn)62-70
• 附錄70-73
• 致謝73-76
• 上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文答辯決議書76

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

太陽電池新進(jìn)展    趙玉文

太陽電池研究進(jìn)展    郭志球;沈輝;劉正義;聞立時;

太陽能驅(qū)動的制冷與空調(diào)系統(tǒng)研究綜述    趙加佩;丁曙光;

紅外假目標(biāo)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用    楊莉;楊華;

太陽能光伏發(fā)電綜述    李春鵬;張廷元;周封;

嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)村住宅在應(yīng)用被動式太陽能技術(shù)上的優(yōu)勢    周春艷;周春濤;

熱管式真空管集熱器熱管的傳熱分析    王永磊,張克峰,李紅蘭,陳文娟

美國對太陽能的資助政策及對中國的啟示    李志生;張國強(qiáng);李利新;李冬梅;李麗娟;

太陽能加熱輸送原油系統(tǒng)集熱器的選擇    朱明;王學(xué)生;戚學(xué)貴;徐宏;

薄膜太陽電池的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景    徐立珍;李彥;秦鋒;

北方蔬菜溫室及沼氣加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    韓少平;田斌;王紅麗;

新型雙向傳輸型區(qū)域規(guī)整噻吩嵌段共聚物的合成與研究    祁爭健;孫岳明;肖英博;顏大志;何艷芳;虞婧;韋斌;徐希恒;

鋱與苯甲酰丙酮和鄰菲啰啉配合物的合成及性能研究    杜洪;周禾豐;卜維亮;陳簡;王艷麗;王華;劉旭光;許并社;

變色偽裝材料研究關(guān)鍵技術(shù)    杜新瑜;王向偉;王江楓;周潔;

太陽能在牧草干燥中的應(yīng)用研究    宋莎莎;黃凈潔;李粵;

嚴(yán)寒地區(qū)農(nóng)村住宅在應(yīng)用被動式太陽能技術(shù)上的優(yōu)勢    周春艷;周春濤;

功能性三β-雙酮配體的設(shè)計(jì)及合成    程樂華;高遠(yuǎn)浩;周虹屏;吳杰穎;田玉鵬;

濟(jì)南地區(qū)太陽能熱水器的有效利用    董旭光;王棟成;

建設(shè)項(xiàng)目氣象應(yīng)用技術(shù)研究與業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)    王棟成;張愛英;董旭光;楊慧春;劉煥彬;湯子?xùn)|;王新堂;曹潔;王靜;

現(xiàn)階段普及推廣太陽能建筑的可行性分析    張濱;趙建平;

納米流體輻射特性與太陽能窗式集熱器研究    趙佳飛;駱仲泱;壽春暉;張邵波;王濤;

中溫制備多晶硅薄膜及相關(guān)理論問題的探討    靳瑞敏

離子層氣相反應(yīng)法（ILGAR）制備硫?qū)侔雽?dǎo)體薄膜的研究    邱繼軍

新結(jié)構(gòu)高性能有機(jī)電致發(fā)光器件的研究    段羽

電致發(fā)光測量裝置研制及幾種絕緣聚合物電致發(fā)光譜特性    林家齊

中紅外半導(dǎo)體激光器的熱特性分析    朱誠

藍(lán)色和白色有機(jī)電致發(fā)光器件的研究    張穎芳

ZnO有序多孔薄膜的模板組裝及電極性能    劉志鋒

低溫液相法制備三元硫?qū)侔雽?dǎo)體薄膜的研究    石勇

中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究    李曉剛

適用于溶液法制備器件的小分子蒽衍生物藍(lán)光材料的合成與性能研究    王志強(qiáng)

薄晶體硅太陽電池及其電極系統(tǒng)的研究    申蘭先

酸腐多晶硅表面織構(gòu)及氮化硅薄膜快速熱處理性能的研究    王立建

西北高寒地區(qū)太陽能儲熱系統(tǒng)的研究    蘆潮

太陽能采暖系統(tǒng)在小城鎮(zhèn)住宅建筑中應(yīng)用技術(shù)的研究    卜亞明

CdS量子點(diǎn)敏化TiO_2光電極材料的制備和性能研究    臧金鑫

非對稱CPC聚光光伏組件實(shí)驗(yàn)研究    楊暢民

太陽能煙囪強(qiáng)化海水蒸發(fā)過程的實(shí)驗(yàn)與理論研究    方振雷

復(fù)合拋物面型集熱器性能研究    張曉東

氟代三苯胺二苯乙烯衍生物藍(lán)光材料的合成與性能研究    黃永光

卟啉摻雜MEH-PPV及PVK發(fā)光性能研究    吳俊

用于非晶硅太陽電池的p型a-SiC:H:B窗口材料及其前后界面的研究    耿新華,孟志國,王廣才,孫云,陸靖谷,孫鐘林

CIS和CIGS薄膜太陽電池的研究    孫云,王俊清,杜兆峰,舒保健,于剛,溫國忠,周禎華,孫健,李長健,張麗珠

自組裝技術(shù)在分子水平上處理共軛高分子的應(yīng)用    江濤,曾繁滌

共軛高分子的研究——Ⅶ.脂肪腈類的聚合    江致勤,劉國瑜,尹桂花,劉有成

共軛高分子聚[α,α′-二氰基對苯二亞甲基]的合成    葉世本,李兆隴,王清廉

共軛高分子聚噻吩及其衍生物在生物傳感器中的應(yīng)用    徐平平;徐慧;高淑麗;

直鏈共軛高分子的分子軌道理論——Ⅳ.一維重復(fù)單胞體系本征方程的單頻約化條件    李加波,楊忠志,葉元杰,唐敖慶

聚合介質(zhì)酸度對聚苯胺的結(jié)構(gòu)和性能的影響    蘇致興,劉向前,盛芬玲

新型共軛高分子聚[吡咯2,5-二(3-甲氧基-4-羥基苯甲烯)]的合成與表征    延衛(wèi),魏志祥,王麗莉,萬梅香

相轉(zhuǎn)移法合成共軛高分子聚[α,α′—二氰基對苯二亞甲基]    葉世本,李兆隴

共軛高分子化學(xué)熱穩(wěn)定性的量子理論    楊忠志,朱玉奎,江元生,唐敖慶

基于2,3-萘-18-冠-6單元的共軛高分子對金屬離子的熒光傳感器    繆謙;黃輝;黃小波;徐穎;成義祥;

共軛高分子的可控合成    耿延候;吳書鵬;黃鸝;隋愛國;王佛松;

水溶性共軛高分子熒光傳感器    秦川江;吳曉浦;童輝;王利祥;

通過控制共軛長度制備不同熒光發(fā)射的共軛高分子    趙偉;宋婧;許曉前;范麗娟;

新型含二氮或三氮配體的共軛高分子及其金屬配合物    黃兵;李俊;張兆威;張偉;秦金貴;于貴;徐新軍;劉云圻;

共軛高分子探針用于細(xì)胞內(nèi)納米材料的熒光成像    孫斌;孫敏捷;劉韻;沈群東;

交叉偶合方法合成主鏈含三健的共軛高分子材料及熒光性能研究    沈德志;潘振興;王麗莎;程絲;范麗娟;

剝離和插層型MEH-PPV／粘土納米復(fù)合物的制備和光電性能    金熹高;景朝俊;陳柳生;史義;

《高分子學(xué)科發(fā)展研究報告(2008-2009)》    董建華;

反飽和吸收聚合物光子材料的分子設(shè)計(jì)、性能及應(yīng)用研究    徐洪耀;蘇新艷;光善儀;

基于共軛高分子的新型陰離子化學(xué)傳感器的研究    曾琪;李忠安;婁筱叮;秦金貴;李振;

投資有機(jī)電致發(fā)光顯示機(jī)會不容錯過    

全球OLED商業(yè)開發(fā)現(xiàn)狀與格局    李國強(qiáng)

基于熒光調(diào)控的稀土共軛高分子的合成與性質(zhì)研究    李軍峰

低能隙聚合物太陽電池材料的設(shè)計(jì)合成與性質(zhì)研究    吳江勇

過渡金屬催化的脫氫偶聯(lián)反應(yīng)以及基于BTA功能高分子的合成與研究    毛學(xué)榮

基于膽甾酸衍生物的超分子化學(xué)研究    李研

新型共軛高分子的合成、組裝及其在熒光化學(xué)傳感器方面的應(yīng)用    沈德志

共軛高分子/TiO_2復(fù)合材料的合成、結(jié)構(gòu)表征及其光催化性能研究    敏世雄

聚炔共軛高分子的分子設(shè)計(jì)、合成及性能研究    余芹

TiO_2（ZnO）/共軛高分子復(fù)合材料的合成、結(jié)構(gòu)表征及其光催化性能研究    馬占營

兩親性共軛高分子在溶液中的自組裝研究    吳偉

共軛高分子/Fe_2O_3納米復(fù)合材料的制備及其光催化性能    趙麗

陽離子型水溶性聚芳撐乙炔的合成、表征與生物傳感應(yīng)用    張小平

納米二氧化鈦光催化劑的制備    孔祥銀

共軛高分子/ZnO納米復(fù)合材料的制備及其光催化性能    張小紅

聚對亞苯基亞乙烯類熒光聚合物微球的制備    王尚麗