新型苯并二雜環(huán)基共軛聚合物光伏材料的設(shè)計合成及應(yīng)用

【摘要】：本論文以拓寬共軛聚合物的吸收光譜、改善溶解性能及提高載流子遷移率為目的,設(shè)計、合成了兩個系列的新型苯并二雜環(huán)基類共軛聚合物。分別將其與PCBM共混作為活性層材料,制備成本體異質(zhì)結(jié)太陽能光伏器件,系統(tǒng)討論了活性層材料、共混膜形貌等對器件性能的影響。具體內(nèi)容包括： (1)設(shè)計合成了6,7-二辛氧基萘并[2,3-c]噻吩-4,9-二酮(NTDO)單體M1,并通過引入不同的側(cè)鏈基團分別得到單體M2和M3,分別將這三個單體與苯并二噻吩單元(BDT)通過Stille偶聯(lián)得到系列聚合物PBDTNTDO-C1, PBDTNTDO-C2及PBDTNTDO-C3。分析了聚合物的熱穩(wěn)定性,光學(xué)性能和電化學(xué)性能等。將聚合物與PCBM共混制備成太陽能光伏器件,結(jié)果顯示：基于ITO/PEDOT:PSS/polym-er:PC71BM(1:2)/Ca/Al器件結(jié)構(gòu)的光伏結(jié)果分別為1.96%,1.01%和2.21%。(2)設(shè)計、合成了一種新型的苯并二呋哺基(BDF)單元,將其與單體M3通過Stille偶聯(lián)得到一種新型共軛聚合物PBDFNDO.分別通過1H NMR, GPC, TGA, UV-Vis光譜吸收和循環(huán)伏安等方法對聚合物進行了詳細的表征。聚合物PBDFNTDO能夠很好的溶解于常見的溶劑中,其數(shù)均分子量(Mn)為10.7KDa/mol,多分散性系數(shù)為1.71。熱穩(wěn)定性測試結(jié)果表明該聚合物質(zhì)量損失達5%時的溫度高達341℃,具有很好的熱穩(wěn)定性。聚合物的光譜吸收范圍為300-750nm,具有較窄的光學(xué)帶隙(1.65eV)。循環(huán)伏安測得聚合物的HOMO和LUMO能級分別為-5.33eV和-3.40eV。應(yīng)用空間電荷限制電流(SCLC)法測得基于PBDFNTDO:PC71BM (1:1.5, w/w)活性層的空穴遷移率為5.0×10-3cm2·V-1·s-1。將聚合物與PC71BM共混制備成光伏器件,得到光電轉(zhuǎn)換效率高達4.71%,顯示PBDFNTDO是一種很有前景的光伏材料。 【關(guān)鍵詞】：苯并二雜環(huán) Stille偶聯(lián) 共軛聚合物 聚合物太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：O631
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 綜述9-22
• 1.1 聚合物太陽能電池簡介11-16
• 1.1.1 聚合物太陽能電池結(jié)構(gòu)11-12
• 1.1.2 聚合物太陽能電池的工作原理12-14
• 1.1.3 有機太陽能電池性能表征參數(shù)14-16
• 1.2 共軛聚合物光伏材料16-20
• 1.2.1 共軛聚合物給體材料16-19
• 1.2.2 富勒烯衍生物受體材料19-20
• 1.3 論文的設(shè)計思想及主要研究內(nèi)容20-22
• 1.3.1 論文課題的意義與設(shè)計思想20-21
• 1.3.2 論文主要研究內(nèi)容21-22
• 第二章 萘并[2,3-c]噻吩-4,9-二酮衍生物與苯并二噻吩共軛聚合物的合成及光伏性能研究22-40
• 2.1 前言22-23
• 2.2 實驗部分23-30
• 2.2.1 試劑與儀器23-24
• 2.2.2 材料測試應(yīng)用方法24-26
• 2.2.3 單體及聚合物的合成26-30
• 2.3 結(jié)果與討論30-39
• 2.3.1 單體及聚合物的表征30-31
• 2.3.2 熱穩(wěn)定性31-32
• 2.3.3 光學(xué)性能32-33
• 2.3.4 電化學(xué)性能33-34
• 2.3.5 理論計算34-35
• 2.3.6 空穴遷移率35-37
• 2.3.7 光伏性能37-38
• 2.3.8 形貌分析38-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第三章 一種新型的苯并[1,2-b：4,5-b’]二呋喃基共軛聚合物的合成及其光伏性研究40-54
• 3.1 前言40-41
• 3.2 實驗部分41-44
• 3.2.1 試劑與儀器41-42
• 3.2.2 測試方法42
• 3.2.3 單體及聚合物的合成42-44
• 3.3 結(jié)果與討論44-53
• 3.3.1 聚合物PBDFNTDO的表征44
• 3.3.2 熱穩(wěn)定性44-45
• 3.3.3 光學(xué)性能45-46
• 3.3.4 電化學(xué)性能46-47
• 3.3.5 空穴遷移率47-48
• 3.3.6 X-射線衍射分析48-49
• 3.3.7 光伏性能49-52
• 3.3.8 形貌分析52-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第四章 總結(jié)與展望54-56
• 4.1 總結(jié)54
• 4.2 展望54-56
• 參考文獻56-64
• 攻讀碩士期間主要的研究成果64-66
• 致謝66

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