基于苯并二噻吩和喹喔啉的新型共軛聚合物的合成及光伏性能研究

【摘要】：本論文系統(tǒng)介紹了二元和三元共軛聚合物太陽能電池的研究現(xiàn)狀。針對目前共軛聚合物光伏給體材料合成難度大、穩(wěn)定性差和效率偏低等關(guān)鍵科學(xué)問題,設(shè)計(jì)合成了三類新穎的基于苯并[1,2-b:4,5-b?]二噻吩(BDT)和喹喔啉衍生物的共軛聚合物光伏給體材料。通過核磁共振氫譜、碳譜和飛行質(zhì)譜等方法對聚合物單體和目標(biāo)聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,系統(tǒng)研究了聚合物的熱穩(wěn)定性能、光物理性能和電化學(xué)性能等;以這些聚合物為給體材料,制做了本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能光伏器件,并對它們的光伏性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本論文的主要研究內(nèi)容為:1)合成了一個基于二維結(jié)構(gòu)的噻吩基取代的苯并[1,2-b:4,5-b?]二噻吩(BDTT)為給體單元、喹喔啉衍生物Qx-3為受體單元的共軛聚合物PBDTDT(Qx-3)-T。系統(tǒng)研究了喹喔啉上不同的取代側(cè)鏈對以BDTT-alt-Qx為骨架聚合物的吸收光譜、電化學(xué)能級、SCLC空穴遷移率以及光伏性能的影響。研究結(jié)果表明:在以BDTT-alt-Qx為骨架的聚合物中,對喹喔啉單元進(jìn)行側(cè)鏈修飾能夠很好的調(diào)控聚合物的相關(guān)性能。作為結(jié)果,PBDTDT(Qx-3)-T顯示了較小的光學(xué)帶隙(1.78 eV)、較低的HOMO能級(-5.51 eV)和較高的空穴遷移率(2.19?10-4 cm2 V-1 s-1)?；诰酆衔颬BDTDT(Qx-3)-T與PC71BM的太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到6.9%。2)合成了以苯并[1,2-b:4,5-b?]二噻吩(BDT)或BDTT為給體單元、菲并[4,5-abc]吩嗪(PPz)為受體單元的兩個新型共軛聚合物PTTPPz-BDT和PTTPPz-BDTT。系統(tǒng)研究了BDT上取代基的改變、以及剛性大π平面稠環(huán)PPz的引入對聚合物PTTPPz-BDT和PTTPPz-BDTT的吸收光譜、電化學(xué)能級、SCLC空穴遷移率以及光伏性能的影響。研究結(jié)果表明:由于PPz的引入,PTTPPz-BDT和PTTPPz-BDTT都表現(xiàn)出了較小的光學(xué)帶隙(1.70 eV和1.59 eV)、較低的HOMO能級(-5.29 eV和-5.34 eV)和較高的SCLC空穴遷移率(1.88×10-4 cm2V-1 s-1和2.17×10-4 cm2 V-1 s-1)?；赑TTPPz-BDT和PTTPPz-BDTT與PC71BM的太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到4.25%和4.86%。3)合成了以BDTT為給體單元、PPz為第一受體單元、苯并[c][1,2,5]噻二唑(BT-H)、5,6-二氟苯并[c][1,2,5]噻二唑(BT-F)和5,6-二辛氧基苯并[c][1,2,5]噻二唑(BT-O)為第二受體單元的三個無規(guī)三元共聚物PBDTT-PPz BT-H、PBDTT-PPzBT-F和PBDTT-PPzBT-O。系統(tǒng)研究了在第二受體BT的5,6號位置引入不同取代基團(tuán)對三元共聚物的吸收光譜、電化學(xué)能級、SCLC空穴遷移率以及光伏性能的影響。研究結(jié)果表明:在BT的5,6號位置上引入不同的取代側(cè)鏈對三元共聚物的相關(guān)性能影響很大,其中共聚物PBDTT-PPz BT-F表現(xiàn)出了最小的光學(xué)帶隙(1.56eV)和最低的HOMO能級(-5.32 eV)?；赑BDTT-PPzBT-H、PBDTT-PPzBT-F和PBDTT-PPzBT-O與PC71BM的太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到4.5%、5.5%和6.3%。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 苯并[1 2-b:4 5-b']二噻吩 喹喔啉 菲并[4 5-abc]吩嗪 苯并[c][1 2 5]噻二唑
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O633.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-25
• 1.1 引言10-11
• 1.2 聚合物太陽能電池簡介11-14
• 1.2.1 聚合物太陽能電池的工作原理12
• 1.2.2 聚合物太陽能電池的性能參數(shù)12-14
• 1.3 聚合物太陽能電池材料的研究進(jìn)展14-22
• 1.3.1 基于苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩給體單元的共聚物14-16
• 1.3.2 基于喹喔啉衍生物受體單元的共聚物16-17
• 1.3.3 基于吩嗪類衍生物受體單元的共聚物17-18
• 1.3.4 基于苯并噻二唑受體單元的共聚物18-20
• 1.3.5 三元共聚物20-22
• 1.4 本論文的設(shè)計(jì)思路、研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)22-25
• 1.4.1 該論文的主要設(shè)計(jì)思想是22-23
• 1.4.2 該論文主要的研究內(nèi)容是23-24
• 1.4.3 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)：分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新24-25
• 第2章 基于苯并二噻吩和 6,7-二辛氧基取代喹喔啉的聚合物的合成及光伏性能研究25-36
• 2.1 引言25-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分26-28
• 2.2.1 原料、試劑、儀器和測量方法26
• 2.2.2 聚合物的合成路線及具體實(shí)驗(yàn)26-28
• 2.3 結(jié)果與討論28-35
• 2.3.1 材料的合成和結(jié)構(gòu)表征28-29
• 2.3.2 光學(xué)性質(zhì)29-31
• 2.3.3 電化學(xué)性質(zhì)31
• 2.3.4 空穴遷移率31-32
• 2.3.5 光伏性質(zhì)32-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第3章 基于苯并二噻吩和 11,12-二辛氧基菲并[4,5-abc]吩嗪的聚合物的合成及光伏性能研究36-48
• 3.1 引言36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分36-39
• 3.2.1 原料、試劑、儀器和測量方法36-37
• 3.2.2 聚合物的合成路線及具體實(shí)驗(yàn)37-39
• 3.3 結(jié)果與討論39-47
• 3.3.1 材料的合成和結(jié)構(gòu)表征39-41
• 3.3.2 光學(xué)性質(zhì)41-42
• 3.3.3 電化學(xué)性質(zhì)42-43
• 3.3.4 空穴遷移率43-44
• 3.3.5 光伏性質(zhì)44-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 基于苯并二噻吩、菲并吩嗪和苯并噻二唑的三元共聚物的合成及光伏性能研究48-60
• 4.1 引言48-49
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分49-50
• 4.2.1 原料、試劑、儀器和測量方法49
• 4.2.2 聚合物的合成路線及具體實(shí)驗(yàn)49-50
• 4.3 結(jié)果與討論50-59
• 4.3.1 材料的合成和結(jié)構(gòu)表征50-52
• 4.3.2 光學(xué)性質(zhì)52-54
• 4.3.3 電化學(xué)性質(zhì)54-55
• 4.3.4 空穴遷移率55-56
• 4.3.5 光伏性質(zhì)56-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 總結(jié)與展望60-61
• 附錄I 原料、試劑的來源及其處理方法61-62
• 附錄II 儀器及其測量方法62-63
• 參考文獻(xiàn)63-77
• 致謝77-78
• 附錄 核磁共振和質(zhì)譜表征圖78-88
• 碩士研究生發(fā)表論文情況88-90

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

聚合物太陽能電池材料的研究進(jìn)展    張超智;胡鵬;李世娟;沈丹;張驍;孫曉飛;

咔唑-苯并噻唑類衍生物薄膜的線性及非線性光學(xué)性質(zhì)（英文）    宋秋艷;陳根祥;趙明根;李桐;

Dithienocarbazole- and benzothiadiazole-based donor-acceptor conjugated polymers for bulk heterojunction polymer solar cells    Ziqing Rong;Yunfeng Deng;Zhiyuan Xie;Yanhou Geng;Fosong Wang;

聚合物太陽電池研究進(jìn)展    方一;侯延冰;

聚合物太陽能電池研究進(jìn)展    高飛;佟鈺;唐寧;趙宇;張玲麗;

PCDTBT作為發(fā)光層的有機(jī)電致發(fā)光器件研究    陳海濤;徐征;趙謖玲;趙玲;劉志民;高松;楊一帆;劉志方;申崇渝;徐敘瑢;

Improved performance of P3HT:PCBM solar cells by both anode modification and short-wavelength energy utilization using Tb(aca)_3phen    卓祖亮;王永生;何大偉;富鳴;

基于苯并噻二唑液晶化合物的研究進(jìn)展    高紅飛;黃旦翔;郭春香;肖玉龍;黎太浩;譚曉平;程曉紅;

含烷基三唑基團(tuán)的新型共軛聚合物給體材料的設(shè)計(jì)和合成及其在太陽電池中的應(yīng)用    董楊

聚合物光伏器件形貌特性、性能及穩(wěn)定性研究    陸運(yùn)章

溶液法制備的空穴傳輸層和注入層對有機(jī)電致發(fā)光器件性能的影響    孔超

基于新型咔唑結(jié)構(gòu)共聚物的設(shè)計(jì)合成及其光伏性能研究    查代君

苯并稠雜環(huán)類聚合物太陽能電池材料的性能研究    劉波

基于噻吩基團(tuán)的D-A結(jié)構(gòu)電致變色材料的合成及性能    胡彬

基于新型受體單元的D-A共聚物的合成和光伏性能    王坤

水醇溶性有機(jī)光電材料與受體懸掛式共軛聚合物的合成與性能研究    段春暉

用于有機(jī)太陽能電池共軛聚合物的設(shè)計(jì)合成及其計(jì)算模擬    吳飛燕

金納米顆粒等離激元增強(qiáng)聚合物太陽電池    方一

結(jié)合活性自由基聚合和Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)制備功能性聚合物    邢澤詠

基于BDT單體的共軛聚合物的合成及性能研究    孫麗麗

N，N-二苯腙類染料和二茚并吡嗪類共軛聚合物的合成及其光伏性質(zhì)的研究    劉新平

側(cè)鏈結(jié)構(gòu)可調(diào)的二維共軛聚合物的合成及光伏性能研究    廖凌燕

含D-A卟啉的聚合物和三苯胺類有機(jī)染料的合成及光伏性能研究    鄧?yán)?/span>

基于吲哚[3，2-b]咔唑窄帶隙共軛聚合物的合成及光電性能    樊利

有機(jī)太陽能電池器件的制備及優(yōu)化    江培

基于咔唑的二維窄帶隙共軛聚合物的設(shè)計(jì)、合成及其光伏性能研究    謝紅梅

可交聯(lián)共軛聚合物光伏電池及其穩(wěn)定性研究    李雪娥

基于咔唑并二噻二唑和二噻吩硅雜環(huán)戊二烯的D-A共軛聚合物有機(jī)太陽能電池分子設(shè)計(jì)    蔡淑嬌

一種新型低帶隙共軛聚合物的合成及其光學(xué)性質(zhì)    劉中義;李彥軍;黃鵬程;

熒光共軛聚合物在生物大分子檢測中的應(yīng)用    支俊格;徐秀玲;申進(jìn)波;趙瑋;佟斌;董宇平;

基于水溶性共軛聚合物的蛋白質(zhì)檢測    賀芳;王樹;

含金屬配合物的共軛聚合物研究進(jìn)展    陳濤;徐慎剛;王艷榮;曹少魁;

水溶性共軛聚合物研究與應(yīng)用進(jìn)展    徐巍棟;賴文勇;范曲立;黃維;

共軛聚合物的結(jié)構(gòu)缺陷及對光電性能的影響    趙瑞陽;張文思;馬於光;

有機(jī)共軛聚合物概述    李慧;梁小蕊;王坤;周鳴宇;

共軛聚合物的功能化及在生物/化學(xué)分析領(lǐng)域的應(yīng)用    蔡小慧;石琳;劉興奮;黃艷琴;范曲立;黃維;

熒光共軛聚合物傳感器研究進(jìn)展    李鳴鳳;

生物素功能化水溶性共軛聚合物的合成、表征及其生物分析應(yīng)用    劉興奮;蔡小慧;黃艷琴;石琳;范曲立;黃維;

共軛聚合物的生物識別與傳感研究    王樹;

新型熒光共軛聚合物的合成及光學(xué)性能的研究    胡玉琴;肖毅;黃紅梅;尹篤林;肖小明;

新型給受體結(jié)構(gòu)的共軛聚合物的合成及光電性能    陳仕艷;應(yīng)燕君;王華平;

新型乙烯撐和乙炔撐給體與受體交替共軛聚合物的光伏性能研究    路勝利;曹鏞;

共軛聚合物中的結(jié)構(gòu)缺陷研究    馬於光;

納米SiO_2/共軛聚合物復(fù)合物結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)    王立冬;陸丹;馬於光;

微波輔助高質(zhì)量共軛聚合物合成    張文思;路萍;馬於光;

含聯(lián)苯共軛聚合物的合成    張磊;崔元臣;

基于含N、S稠環(huán)芳香化合物的共軛聚合物的合成、表征及其在有機(jī)薄膜晶體管中的應(yīng)用    陳亞剛;田洪坤;耿延候;王佛松;

共軛聚合物材料的設(shè)計(jì)合成及其光電性能研究    彭強(qiáng);

陽離子熒光共軛聚合物的合成及其在生物分子檢測中的應(yīng)用    王勝鋒

新型水溶性聚苯乙炔—吡啶類共軛聚合物的合成及熒光傳感應(yīng)用研究    胡玉琴

含噻吩和噻唑基元的共軛聚合物的合成和光伏性能研究    國霞

含3，4-乙烯二氧噻吩共軛聚合物與三苯胺基染料的合成及光伏性能研究    田宗芳

熒光共軛聚合物合成及其在金屬離子檢測中的應(yīng)用    王安寧

水溶性導(dǎo)電共軛聚合物的合成和性質(zhì)研究    余明輝

吩噻嗪共軛聚合物的合成與性能表征    李江輝

一種放大熒光共軛聚合物的制備及應(yīng)用研究    趙曉麗

水溶性熒光共軛聚合物的合成及其應(yīng)用研究    李東

用于太陽能電池的窄帶隙共軛聚合物的合成與性能研究    李彬