含二噻吩稠環(huán)單元窄帶隙聚合物的設計合成及光伏性能研究

【摘要】：本論文介紹了聚合物太陽能電池的研究現(xiàn)狀。光活性聚合物給體材料是影響聚合物太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的重要因素。為了得到窄帶隙、寬吸收的高性能共聚物，本文設計合成了苯并二噻吩二酮和環(huán)戊二烯酮并二噻吩兩種新型稠環(huán)受體單元，并得到了兩個系列的共聚物。通過核磁共振譜等表征了有機中間體和聚合物的分子結構；利用熱重分析、紫外-可見吸收光譜和循環(huán)伏安法研究了聚合物的熱穩(wěn)定性能、光物理性能和電化學性能等；以合成的聚合物為給體材料制備本體異質(zhì)結聚合物太陽能電池，研究了聚合物光伏性能等。研究結果表明： 1.合成新型稠環(huán)受體單元苯并二噻吩二酮(BDTD)，并分別和優(yōu)良的給體單元苯并二噻吩和噻咯并二噻吩合成兩種共聚物P1-P2，這兩種聚合物都具有良好的熱穩(wěn)定性和較窄的光學帶隙，P1和P2的光學帶隙分別為1.78eV和1.63eV，同時吸收峰從溶液到膜具有明顯的紅移，分別為25nm和40nm。P1和P2都具有較低的HOMO能級，分別為-5.49eV和-5.33eV，接近于理想的HOMO能級。低的HOMO能級導致聚合物具有較高的Voc。基于聚合物P1和P2與PC61BM的太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率分別達到2.18%和4.33%。 2.合成新型稠環(huán)受體單元環(huán)戊二烯酮并二噻吩(CPDTO)，并分別和優(yōu)良的給體單元苯并二噻吩，噻咯并二噻吩，咔唑和芴合成四種共聚物P3-P6，四種聚合物都具有良好的溶解性和較低的HOMO能級，說明環(huán)戊二烯酮并二噻吩是優(yōu)良的電子受體單元。其中，P3和P4具有較窄的的光學帶隙和寬的紫外-可見吸收光譜，同時吸收峰從溶液到膜發(fā)生明顯的紅移，分別為46nm和19nm?；赑3的聚合物太陽能電池ITO/PEDOT:PSS/P3:PC71BM/Ca/Al最高效率達到2.72%。 【關鍵詞】：聚合物太陽能電池 稠環(huán) 噻吩 合成 窄帶隙 光伏性能
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：O633.5;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-22
• 1.1 引言8-9
• 1.2 聚合物太陽能電池的工作原理9
• 1.3 本體異質(zhì)結太陽能電池的結構9-11
• 1.3.1 正式結構10-11
• 1.3.2 反式結構11
• 1.3.3 疊層電池11
• 1.4 聚合物太陽能電池的性能參數(shù)和影響因素11-12
• 1.5 聚合物太陽能電池給體材料12-21
• 1.5.1 常規(guī)聚合物給體材料12-14
• 1.5.2 窄帶隙聚合物給體材料14-21
• 1.6 論文的設計思想與主要研究內(nèi)容21-22
• 第2章 含苯并二噻吩二酮共聚物的合成及其光伏性能研究22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 實驗部分22-27
• 2.2.1 原料、試劑及測試儀器和條件22-24
• 2.2.2 單體及聚合物 P1-P2 的合成24-27
• 2.3 結果與討論27-33
• 2.3.1 中間體和聚合物 P1-P2 的合成和結構表征27-28
• 2.3.2 聚合物 P1-P2 的熱性能28-29
• 2.3.3 聚合物 P1-P2 的光學性能29
• 2.3.4 聚合物 P1-P2 的電化學性能29-30
• 2.3.5 聚合物 P1-P2 的光伏性能30-33
• 2.4 本章小結33-34
• 第3章 含環(huán)戊二烯酮并二噻吩共聚物的合成及其光伏性能研究34-50
• 3.1 引言34-35
• 3.2 實驗部分35-42
• 3.2.1 原料、試劑及測試儀器和條件35-36
• 3.2.2 單體及聚合物 P3-P6 的合成36-42
• 3.3 結果與討論42-48
• 3.3.1 中間體和聚合物 P3-P6 的合成和結構表征42-43
• 3.3.2 聚合物 P3-P6 的熱性能43-44
• 3.3.3 聚合物 P3-P6 的光學性能44-45
• 3.3.4 聚合物 P3-P6 的電化學性能45-46
• 3.3.5 聚合物 P3-P6 的光伏性能46-48
• 3.4 本章小結48-50
• 參考文獻50-55
• 致謝55-56
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文56-57
• 附錄 單體和目標聚合物的核磁譜圖57-68

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