含苯并二噻吩及噻吩衍生物的共軛聚合物的合成及光伏性能研究

【摘要】：聚合物太陽(yáng)能電池(PSCs)具有造價(jià)低廉、質(zhì)量輕便、可制備柔性大面積器件等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注。迄今為止,本體異質(zhì)結(jié)(BHJ)是PSCs中最成功的器件結(jié)構(gòu)。盡管大量新型光伏材料的開發(fā)使得PSCs的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)逐步提高,但要實(shí)現(xiàn)PSCs的實(shí)際使用仍有大量工作要做。對(duì)聚合物給體材料來(lái)說(shuō),限制其光伏性能的因素包括吸收光譜窄、摩爾吸光系數(shù)低、分子能級(jí)不匹配及載荷子遷移率低等。本論文主要設(shè)計(jì)并合成了兩個(gè)基于苯并二噻吩(BDT)的共軛聚合物系列,通過(guò)在聚合物的側(cè)鏈引入吸電子結(jié)構(gòu)單元,形成主鏈為給電子結(jié)構(gòu)單元,側(cè)鏈為吸電子結(jié)構(gòu)單元的新型D-A共軛聚合物。我們采用了1H-NMR、13H-NMR、FT-IR、MALDI-TOF MS對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,并采用Uv-Vis吸收光譜、循環(huán)伏安、電流-電壓曲線測(cè)試了聚合物的光物理、電化學(xué)和光伏性能。具體如下： 1.設(shè)計(jì)并合成了六種基于苯并二噻吩(BDT)和分別帶有吸電子基噁二唑(OXD)、酯基和烷基側(cè)鏈的噻吩衍生物的交替共軛聚合物(PL1-PL6)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與共聚合物主鏈具有共軛作用的吸電子OXD和甲酸酯基側(cè)鏈可有效地拓寬聚合物的吸收光譜,并降低聚合物的能隙,從而提高聚合物的光伏性能。以六種共聚物作為給體,PC61BM作為受體,制備了聚合物本體異質(zhì)結(jié)器件(重量比1：2)。在AM 1.5 G太陽(yáng)光條件下(100 mW/cm2),基于PL3和PL5的太陽(yáng)能電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率分別為1.98%和2.06%。 2.設(shè)計(jì)并合成新型共軛聚合物P1-P4,偶聯(lián)BDT的4-和8-位,使其嵌入到共軛聚合物的主鏈,并在BDT結(jié)構(gòu)單元上引入不同吸電子結(jié)構(gòu)單元：醛基、2-乙烯基丙二酸二乙酯,使其形成主鏈為給電子結(jié)構(gòu)單元,側(cè)鏈為吸電子結(jié)構(gòu)單元的新型D-A共軛聚合物。研究結(jié)果表明,如果BDT上的醛基的功能化反應(yīng)不完全時(shí),會(huì)破壞聚合物的規(guī)整性,導(dǎo)致吸收光譜藍(lán)移,聚合物的能隙增大,其光伏性能下降。在AM 1.5 G太陽(yáng)光條件下(100 mW/cm2),基于P1太陽(yáng)能電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率為0.35%。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽(yáng)能電池(PSCs) 本體異質(zhì)結(jié)(BHJ) 能量轉(zhuǎn)換效率(PCE) 苯并二噻吩(BDT) 噁二唑(OXD) 吸電子基團(tuán)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：O631.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 引言9
• 1.2 聚合物太陽(yáng)能電池(PSCs)9-11
• 1.3 聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率的影響因素11-12
• 1.3.1 激子的產(chǎn)生11
• 1.3.2 激子的擴(kuò)散11-12
• 1.3.3 激子的電荷分離和傳輸12
• 1.3.4 電荷的收集激子的產(chǎn)生12
• 1.4 聚合物太陽(yáng)能電池的重要參數(shù)12-13
• 1.5 聚合物太陽(yáng)能電池給體材料13-21
• 1.5.1 聚噻吩類衍生物13-15
• 1.5.2 聚苯撐乙烯(PPVs)及聚苯撐乙炔(PAEs)衍生物15-16
• 1.5.3 稠環(huán)芳烴的共軛聚合物16-19
• 1.5.4 新近高效率聚合物材料19-21
• 1.6 本論文的設(shè)計(jì)思想和主要研究?jī)?nèi)容21-23
• 第2章 基于苯并二噻吩和帶有吸電子功能基側(cè)鏈噻吩衍生物的共軛聚合物的合成及光伏性能研究23-43
• 2.1 引言23-24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分24-34
• 2.2.1 試劑、藥品、測(cè)試條件及方法24
• 2.2.2 單體及聚合物的合成24-34
• 2.3 結(jié)果和討論34-42
• 2.3.1 單體和聚合物的合成及其結(jié)構(gòu)表征34
• 2.3.2 聚合物的熱性能34-35
• 2.3.3 聚合物的光物理性能35-38
• 2.3.4 聚合物的電化學(xué)性能38-39
• 2.3.5 聚合物的光伏性能39-42
• 2.4 本章小結(jié)42-43
• 第3章 帶不同吸電子基團(tuán)的苯并二噻吩的共軛聚合物類合成及其光電性能研究43-56
• 3.1 引言43-44
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分44-49
• 3.2.1 儀器、試劑及測(cè)試條件及方法44
• 3.2.2 單體和聚合物的合成44-49
• 3.3 結(jié)果與討論49-55
• 3.3.1 單體和聚合物的合成及結(jié)構(gòu)表征49-50
• 3.3.2 聚合物的熱性能50-51
• 3.3.3 聚合物的光物理性能51-53
• 3.3.4 聚合物的電化學(xué)性能53-54
• 3.3.5 聚合物的光伏性能54-55
• 3.4 本章小結(jié)55-56
• 總結(jié)與展望56-57
• 參考文獻(xiàn)57-62
• 附錄A 試劑、藥品及純化方法62-64
• 附錄B 儀器及測(cè)試條件和方法64-65
• 致謝65-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況66

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