基于新型受體單元的D-A共聚物的合成和光伏性能

【摘要】：高效給體聚合物光伏材料應(yīng)具備吸收寬、電子能級與受體匹配、溶解性好、易形成納米聚集結(jié)構(gòu)等特點?；谝陨峡紤]，本論文從更多高效、易合成受體單元的開發(fā)出發(fā)，設(shè)計合成了一系列基于新型受體單元的D-A型給體聚合物光伏材料，主要包括： (1)開發(fā)了一系列基于雙F取代的二苯并吩嗪受體單元、BDT給體單元的D-A共聚物，對其光、電性能、光伏特性進(jìn)行了表征。發(fā)現(xiàn)噻吩π橋上烷基鏈的取向會影響聚合物間的相互作用，進(jìn)而影響到光伏性能。其中，P3與PC70BM以1:1共混時光電轉(zhuǎn)換效率最高，為1.21%，比同樣條件下的P1高46％。同時也證明了二維共軛能有效拓寬吸收光譜，提高器件的光伏性能。 (2)合成了一種以雙F取代的苯并三氮唑為受體單元，以IDT為給體單元的中帶隙共軛聚合物PIDT-FBTA，強(qiáng)吸電子原子F的引入降低了PIDT-FBTA的HOMO能級，從而將器件的開路電壓提高到0.90V，PCE達(dá)到3.62％。經(jīng)極性甲醇處理后，器件整體性能提高了35％，PCE達(dá)到4.90％，Voc由0.90V提高到了0.92V，Jsc由7.68mAcm2提高到了9.60mAcm2，F(xiàn)F由0.52提高到了0.55。 (3)開發(fā)了一種以噻吩/烷基噻吩為側(cè)鏈的喹喔啉受體單元，并成功將其用于有機(jī)薄膜太陽能電池中。wk-6:PC70BM以質(zhì)量比1:2.5共混時，120度退火后PCE達(dá)到3.15％，Voc為0.82V，Jsc為10.09mAcm2，F(xiàn)F為0.38。甲醇處理后，器件整體性能提高了23.8％，PCE達(dá)到3.90％，Voc由0.82V提高到了0.83V，Jsc由10.09mAcm2提高到了11.7mAcm2，F(xiàn)F由0.38提高到了0.40。然而，較低的FF表明wk-6有更多的潛力值得去挖掘，有望被開發(fā)成為一種高效的光伏材料。 (4)開發(fā)了兩類給、受體單元間噻吩π橋上帶吸電子側(cè)鏈的共軛聚合物，并初步探討了吸電子基對聚合物的吸收光譜、熱穩(wěn)定性、電化學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)，在不影響聚合物骨架共平面性的前提下，π橋側(cè)鏈吸電子基的引入能夠降低聚合物的HOMO、LUMO能級，降低聚合物的帶隙。這或許能為我們合成窄帶隙聚合物提供一種方法。 【關(guān)鍵詞】：D-A共聚物 受體單元 聚合物太陽電池 吸電子取代基 光電轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：O631;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-40
• 1.1 引言10
• 1.2 聚合物太陽能電池簡介10-14
• 1.2.1 聚合物太陽能電池發(fā)展簡史11-12
• 1.2.2 聚合物太陽能電池工作原理12
• 1.2.3 聚合物太陽能電池性能參數(shù)12-14
• 1.3 聚合物太陽能電池材料研究進(jìn)展14-29
• 1.3.1 基于噻吩并吡咯烷酮(TPD)類的窄帶隙共軛聚合物15-19
• 1.3.2 基于吡咯并吡咯烷酮(DPP)類的窄帶隙共軛聚合物19-23
• 1.3.3 基于噻吩并噻吩(TT)類的窄帶隙共軛聚合物23-25
• 1.3.4 基于苯并噻二唑(BT)類的窄帶隙共軛聚合物25-26
• 1.3.5 基于苯并吡嗪(喹喔啉)類的窄帶隙共軛聚合物26-27
• 1.3.6 基于苯并三氮唑(BTA)類的窄帶隙共軛聚合物27-29
• 1.4 本論文選題依據(jù)及主要內(nèi)容29-31
• 參考文獻(xiàn)31-40
• 第二章 雙 F 取代二苯并吩嗪為受體單元的 D-A 共軛聚合物的合成及光伏性能40-54
• 2.1 前言40
• 2.2 實驗部分40-46
• 2.2.1 試劑及測量方法40-41
• 2.2.2 單體和聚合物的合成41-46
• 2.3 結(jié)果與討論46-51
• 2.3.1 單體和聚合物的制備46
• 2.3.2 熱穩(wěn)定性分析46-47
• 2.3.3 吸收光譜分析47-48
• 2.3.4 電化學(xué)分析48-49
• 2.3.5 光伏性能分析49-51
• 2.4 本章小結(jié)51-52
• 參考文獻(xiàn)52-54
• 第三章 通過雙 F 取代的苯并三氮唑受體單元來提高聚合物太陽能電池的開路電壓54-67
• 3.1 前言54-55
• 3.2 實驗部分55-57
• 3.2.1 試劑及測量方法55
• 3.2.2 單體和聚合物的合成55-57
• 3.3 結(jié)果與討論57-62
• 3.3.1 單體和聚合物的制備57-58
• 3.3.2 熱穩(wěn)定性分析58
• 3.3.3 吸收光譜分析58-59
• 3.3.4 電化學(xué)分析59
• 3.3.5 光伏性能分析59-62
• 3.4 本章小結(jié)62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 第四章 基于噻吩取代的喹喔啉受體單元的共軛聚合物的合成及其光伏性能研究67-80
• 4.1 前言67
• 4.2 實驗部分67-71
• 4.2.1 試劑及測量方法67
• 4.2.2 單體和聚合物的合成67-71
• 4.3 結(jié)果與討論71-77
• 4.3.1 單體和聚合物的制備71
• 4.3.2 熱穩(wěn)定性分析71-72
• 4.3.3 吸收光譜分析72-73
• 4.3.4 電化學(xué)分析73
• 4.3.5 光伏性能分析73-77
• 4.4 本章小結(jié)77-78
• 參考文獻(xiàn)78-80
• 第五章 多中心吸電子受體單元的合成及其光電性能研究80-90
• 5.1 前言80
• 5.2 實驗部分80-83
• 5.2.1 試劑及測量方法80
• 5.2.2 單體和聚合物的合成80-83
• 5.3 結(jié)果與討論83-86
• 5.3.1 單體和聚合物的制備83-84
• 5.3.2 熱穩(wěn)定性分析84
• 5.3.3 吸收光譜分析84-85
• 5.3.4 電化學(xué)分析85-86
• 5.4 本章小結(jié)86-87
• 參考文獻(xiàn)87-90
• 結(jié)論90-91
• 附錄 I 試劑及純化方法91-92
• 附錄 II 儀器及測試方法92-94
• 在學(xué)期間公開發(fā)表論文及著作情況94-96
• 致謝96-97

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