含苯并二噻吩和繞丹寧的有機光伏材料的合成及研究

【摘要】：目前,隨著能源儲量的急劇減少,研究者們投入了大量的精力去尋找可持續(xù)利用的新能源,例如:風能、地熱能、太陽能。與其它新能源相比,太陽能電池是解決能源枯竭問題的最有前景的新技術。目前實現商業(yè)化應用的主要是硅基太陽能電池,但是昂貴的硅純化技術和所帶來的環(huán)境污染問題嚴重限制了它的發(fā)展應用。有機太陽能電池是一種很有前景的光伏技術,具有低成本、重量輕、柔性等優(yōu)點,但是它的能量轉換效率還達不到商業(yè)化應用的需求,因此這需要研究者們不斷去開發(fā)新的有機光伏材料。本文設計并合成了兩類有機小分子和共軛聚合物光伏材料,并對這些材料的熱性能、UV-Vis吸收性能、電化學及光伏性能進行了詳細的研究。1.設計并合成了兩種A–D–A結構的有機小分子:以3,4-二甲氧基噻吩為核并含有DTBT的小分子S1-DTBT和以3,4-二甲氧基噻吩為核的七噻吩骨架并含有3-乙基繞丹寧末端吸電子基團的小分子S2-7TRD。我們具體地研究了DTBT和繞丹寧基團對這兩個有機小分子性能的影響。這兩個小分子均有較好的溶解性和熱穩(wěn)定性。DTBT基團的引入成功地降低了S1-DTBT的HOMO能級并提高了它的溶解性,而繞丹寧基團提高了S2-7TRD的UV-Vis吸收光譜的寬度和強度并進一步提高了其短路電流密度。因此,S2-7TRD的短路電流密度幾乎是S1-DTBT的兩倍。2.設計并合成了四個側鏈型交替共聚物,分別為PBDT-TRD、PBDT-3TRD、PBDT-TTRD和PBDT-3TTRD,并首次將3-乙基繞丹寧吸電子基團引入到聚合物側基上。我們具體地研究了π橋和繞丹寧基團對共聚物性能的影響。這些共聚物的吸收光譜較寬、HOMO能級較低、熱穩(wěn)定性較好。當PC61BM用作受體材料時,PBDT-TRD和PBDT-TTRD具有較高的能量轉換效率,其值分別為3.35%和3.18%,其中PBDT-TRD的開路電壓高達0.94 V。 【關鍵詞】：有機光伏材料 繞丹寧 側鏈 苯并二噻吩 苯并噻二唑
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ422;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 文獻綜述9-25
• 1.1 研究背景9
• 1.2 聚合物和小分子太陽能電池的研究進展9-15
• 1.2.1 聚合物及小分子太陽能電池的工作原理10
• 1.2.2 聚合物及小分子太陽能電池的器件結構10-12
• 1.2.3 聚合物及小分子太陽能電池的性能參數12-15
• 1.3 有機太陽能電池材料15-23
• 1.3.1 小分子本體異質結太陽能電池給體材料15
• 1.3.2 聚合物太陽能電池給體材料15-22
• 1.3.3 聚合物及小分子太陽能電池的受體材料22-23
• 1.4 論文的設計思想與研究內容23-25
• 第2章 含苯并噻二唑和 3-乙基繞丹寧的小分子光伏材料研究25-39
• 2.1 引言25-26
• 2.2 實驗部分26-33
• 2.2.1 試劑及測試條件與方法26
• 2.2.2 有機小分子S1-DTBT，S2-7TRD的合成路線26-33
• 2.3 結果與討論33-38
• 2.3.1 有機小分子化合物的合成與表征33-34
• 2.3.2 有機小分子的熱性能34
• 2.3.3 有機小分子的光學性能34-36
• 2.3.4 有機小分子的電化學性能36-37
• 2.3.5 有機小分子的光伏性能37-38
• 2.4 本章小結38-39
• 第3章 含有 3-乙基繞丹寧側基的聚合物光伏材料研究39-60
• 3.1 引言39-40
• 3.2 實驗部分40-52
• 3.2.1 試劑及測試條件和方法40
• 3.2.2 單體和聚合物的合成40-52
• 3.3 結果與討論52-59
• 3.3.1 聚合物的合成與表征52
• 3.3.2 聚合物的熱性能52-53
• 3.3.3 聚合物的光學性能53-55
• 3.3.4 聚合物的電化學性能55-56
• 3.3.5 聚合物的AFM分析56-57
• 3.3.6 聚合物的空穴遷移率57
• 3.3.7 聚合物的光伏性能57-59
• 3.4 本章小結59-60
• 總結與展望60-61
• 參考文獻61-67
• 致謝67-68
• 附錄A 試劑、藥品及其純化方法68-70
• 附錄B 儀器及測試條件和方法70-71
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文情況71

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