氟取代三元聚合物給體材料的合成及光伏性能研究

【摘要】：聚合物太陽(yáng)能電池（PSCs）具有成本低、厚度薄、柔性好、質(zhì)量輕、工藝簡(jiǎn)單、易于大面積生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，被研究者廣泛研究。目前報(bào)道的基于電子給體共軛聚合物和電子受體的富勒烯衍生物（PCBMs）的體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率已超過(guò)10%，發(fā)展有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池商業(yè)化應(yīng)用已迫在眉睫?？赏ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)合成新型聚合物給體材料得到高效率的有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池。 （1）以苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩（BDT）為給體單元，二酮吡咯并[3,4-c]吡咯（DPP）和2,5-二氟苯（DFB）為受體單元通過(guò)Stille偶聯(lián)聚合反應(yīng)合成三種非規(guī)整的三元聚合物：PBDT-DFB3-DPP7、PBDT-DFB1-DPP1和PBDT-DFB7-DPP3。它們均具有較好的熱穩(wěn)定性，熱失重為5%的溫度分別為405oC、408oC和409oC。并且吸收光譜寬，可覆蓋300nm-900nm。通過(guò)改變聚合物給/受體單元的比例可調(diào)節(jié)聚合物的HOMO能級(jí)，DFB含量越多，HOMO能級(jí)越低。以這三種聚合物作為給體材料，PCBM作為受體材料的有機(jī)太陽(yáng)能電池ITO/PEDOT:PSS/Polymer:PCBM/LiF/Al，重點(diǎn)從退火溫度、摻雜比例、添加劑的濃度等進(jìn)行優(yōu)化。在AM1.5G，功率為100mW cm-2模擬的太陽(yáng)光照射下，有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)2.67%。 （2）以苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩為給體單元，二酮吡咯并[3,4-c]吡咯和四氟苯（TFB）作為受體單元通過(guò)給/受體不同比例的調(diào)節(jié)合成四種共軛聚合物： PBDT-TFB、 PBDT-TFB3-DPP7、 PBDT-DFB1-DPP1和PBDT-DFB7-DPP3。它們均具有較好的熱穩(wěn)定性，熱失重為5%的溫度分別為420oC、401oC、342oC和356oC。二元結(jié)構(gòu)PBDT-TFB的吸收光譜范圍為300nm-600nm，在此結(jié)構(gòu)中引入不同含量的DPP單元可引起在長(zhǎng)波段的吸收帶（約600nm-900nm）。這四種聚合物的光學(xué)帶隙依次為2.07eV、1.38eV、1.50eV和1.51eV，均具有較低的HOMO能級(jí)，為有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池提供一類新型的三元聚合物給體材料。 （3）基于以上對(duì)二氟苯單元的聚合物（PBDT-DFB1-DPP1）和四氟苯單元的聚合物（PBDT-TFB1-DPP1）的研究，我們合成并完善具有苯單元的三元聚合物（PBDT-B1-DPP1）和氟苯單元的三元聚合物（PBDT-FB1-DPP1），一起來(lái)討論不同數(shù)目氟原子取代苯作為受體單元的聚合物的性能。該系列的聚合物給體材料吸收譜寬（300nm-900nm）。隨著氟原子個(gè)數(shù)的增加，四氟苯單元的聚合物光吸收明顯強(qiáng)于其他三種聚合物，且這四種三元聚合物都具有很好的熱穩(wěn)定性和較低的HOMO能級(jí)，熱失重為5%的溫度范圍為407oC-432oC，這使它們有希望成為聚合物太陽(yáng)能電池的較好的給體材料。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽(yáng)能電池 三元共軛聚合物 寬吸收譜 氟取代
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-28
• 1.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池的重要進(jìn)展10-11
• 1.2 聚合物太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)及工作原理11-14
• 1.2.1 有機(jī)太陽(yáng)能電池的基本器件結(jié)構(gòu)11
• 1.2.2 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的工作原理11-12
• 1.2.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池的主要參數(shù)12-14
• 1.3 聚合物太陽(yáng)能電池的給體材料的簡(jiǎn)介14-23
• 1.3.1 給/受體材料的重要發(fā)展14-16
• 1.3.2 具有給/受體結(jié)構(gòu)單元的聚合物給體材料16-18
• 1.3.3 三元聚合物給體材料18-23
• 1.4 氟取代聚合物給體材料23-26
• 1.4.1 氟類有機(jī)材料特點(diǎn)及相互作用23-24
• 1.4.2 氟取代聚合物給體材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)24-26
• 1.5 本論文的選題意義及研究?jī)?nèi)容26-28
• 1.5.1 選題意義26
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容26-28
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法28-32
• 2.1 主要試劑及試劑的純化28-29
• 2.2 主要儀器和設(shè)備29
• 2.3 器件的制備與性能測(cè)試手段29-32
• 2.3.1 器件的制備29-30
• 2.3.2 性能的測(cè)試手段30-32
• 第三章 基于二氟苯單元的三元聚合物給體材料的合成及光伏性能研究32-50
• 3.1 引言32-33
• 3.2 聚合物的設(shè)計(jì)與合成33-34
• 3.3 結(jié)果與討論34-48
• 3.3.1 熱穩(wěn)定性34
• 3.3.2 紫外-可見吸收光譜34-36
• 3.3.3 電化學(xué)性能36-37
• 3.3.4 光伏特性37-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 第四章 基于四氟苯單元的三元聚合物給體材料的合成及性能表征50-56
• 4.1 引言50
• 4.2 聚合物的設(shè)計(jì)與合成50-52
• 4.3 結(jié)果與討論52-55
• 4.3.1 熱穩(wěn)定性52-53
• 4.3.2 紫外-可見吸收光譜53-54
• 4.3.3 電化學(xué)性能54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第五章 基于不同氟取代苯單元的三元聚合物給體材料的合成及性能表征56-62
• 5.1 引言56
• 5.2 聚合物的設(shè)計(jì)與合成56-58
• 5.3 結(jié)果與討論58-60
• 5.3.1 熱穩(wěn)定性58
• 5.3.2 紫外-可見吸收光譜58-60
• 5.3.3 電化學(xué)性能60
• 5.4 本章小結(jié)60-62
• 第六章 結(jié)論與展望62-64
• 6.1 結(jié)論62
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)62
• 6.3 展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-72
• 致謝72-74
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果74

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