新型共軛高分子光伏材料的設(shè)計(jì)與性能研究

【摘要】：隨著近年來(lái)能源危機(jī)和環(huán)境污染的逐漸加劇，對(duì)可再生能源的需求也越來(lái)越大。太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源，對(duì)太陽(yáng)能電池的研究和應(yīng)用在過(guò)去的幾十年中得到了前所未有的發(fā)展。目前應(yīng)用最廣泛的太陽(yáng)能電池是基于單晶硅、多晶硅和非晶硅系列，由于其加工工藝復(fù)雜、成本昂貴且不易于進(jìn)行大面積柔性加工，限制了它的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。聚合物有機(jī)太陽(yáng)能電池由于具有制備工藝簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低廉、容易制備大面積柔性器件等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的關(guān)注。目前聚合物太陽(yáng)能器件的結(jié)構(gòu)主要是本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)（BHJ）結(jié)構(gòu)。它的結(jié)構(gòu)一般由以下部分組成：ITO陽(yáng)極；PSS：PEDOT陽(yáng)極涂層；光活性層（一般是由給體單元（如P3HT）和受體單元（如PC60BM或PC70BM）組成）；金屬陰極（如Al）?；赑3HT和PCBM的太陽(yáng)能電池的效率已經(jīng)達(dá)到4-5%。 雖然目前報(bào)道的聚合物太陽(yáng)能電池的最高能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了7～8%，但是相對(duì)于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的效率而言還相當(dāng)?shù)?。為了提高其能量轉(zhuǎn)換效率，對(duì)聚合物太陽(yáng)能電池進(jìn)行了深入的研究仍然有很大的重要性。 本論文主要是從共軛聚合物設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)改性的角度出發(fā)，拓寬聚合物光伏材料的吸收光譜，調(diào)節(jié)聚合物能級(jí)，合成一系列窄帶隙的聚合物。 本論文分為三章，基于聚合物光電分子的設(shè)計(jì)合成和性質(zhì)研究，開(kāi)展了一下幾方面的工作。 第一章中，詳細(xì)敘述了共軛聚合物有機(jī)太陽(yáng)能電池的工作原理和發(fā)展簡(jiǎn)史，介紹了一些典型的聚合物材料，從影響電池效率的幾個(gè)方面分別詳細(xì)敘述了設(shè)計(jì)和研究工作中應(yīng)該注意的問(wèn)題和解決方案。 第二章中，合成了一種新的電子受體單元:2-烷基-噻吩[3,4-b]咪唑，它可以由噻吩的二氨基化合物和酸或酰胺關(guān)環(huán)得到，合成方法簡(jiǎn)單易行。含有此單元的單體和苯并二噻吩（BDT）和二噻吩硅芴(DTS)共聚后得到六種新型的聚合物，并首次被應(yīng)用于光電領(lǐng)域，基于P2/PC71BM的器件效率達(dá)到0.72%。 第三章中，對(duì)含有苯并三唑單元的共聚物進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能的改進(jìn)。苯并三唑是一個(gè)強(qiáng)吸電子的雜環(huán)芳香化合物。它結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)亞胺（C=N）上的氮原子有強(qiáng)烈的吸電子作用，同時(shí)，苯并三唑的N-H鍵易于修飾，可用來(lái)改變苯并三唑的結(jié)構(gòu)，并以此來(lái)調(diào)節(jié)苯并三唑類共聚物的光學(xué)性質(zhì)。利用苯并三唑結(jié)構(gòu)中電負(fù)性較強(qiáng)的N原子和分子內(nèi)氫鍵，嘗試將吡咯引入到聚合物骨架中去。此外，試圖增加苯并三唑自身骨架的共軛程度，以達(dá)到吸收光譜紅移的目的。 【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽(yáng)能電池 共軛聚合物 噻吩并咪唑 苯并三唑
【學(xué)位授予單位】：山東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：O631.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 緒論9-45
• 1.1 聚合物有機(jī)太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介9-17
• 1.2 聚合物太陽(yáng)能電池給體材料17-33
• 1.3 聚合物太陽(yáng)能電池受體材料33-35
• 1.4 共軛聚合物材料的性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求35-37
• 1.5 本論文的設(shè)計(jì)思想和研究?jī)?nèi)容37-38
• 1.6 參考文獻(xiàn)38-45
• 第二章 含有噻吩并咪唑單元的共軛共聚物的設(shè)計(jì)、合成與光電性能研究45-69
• 2.1 引言45-49
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分49-60
• 2.3 結(jié)果與討論60-66
• 2.3 本章總結(jié)66-67
• 2.4 參考文獻(xiàn)67-69
• 第三章 對(duì)含苯并三唑類聚合物性質(zhì)改性的初步研究69-81
• 3.1 引言69-71
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分71-75
• 3.3 結(jié)果與討論75-79
• 3.4 本章總結(jié)79
• 3.5 參考文獻(xiàn)79-81
• 主要化合物圖譜81-98
• 作者在碩士期間發(fā)表及待發(fā)表的學(xué)術(shù)論文98-99
• 致謝99

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