含噻吩乙烯基PPV衍生物和超支化聚合物的光伏性能研究

【摘要】： 隨著不可再生能源的消耗,人們?cè)絹碓街匾曁柲艿拈_發(fā)和利用。聚合物太陽能電池由于其制備簡(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)得到廣泛關(guān)注。聚合物給體材料窄的吸收光譜是制約其光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素之一,因此設(shè)計(jì)合成寬吸收的聚合物給體材料是一種獲得較高光電轉(zhuǎn)換效率的有效途徑。 聚對(duì)苯撐乙烯(PPV)及其衍生物,在制備聚合物太陽能電池中得到了廣泛的應(yīng)用和深入的研究。利用共軛側(cè)鏈來拓寬光伏材料的吸收光譜是一種切實(shí)可行的方法,目前已有文獻(xiàn)報(bào)道,但其中多為聚噻吩的主鏈結(jié)構(gòu)。本文合成了兩種以PPV為主鏈、噻吩乙烯為側(cè)鏈的共軛聚合物(P1和P2),并研究了它們的光物理和光伏性質(zhì)。研究結(jié)果表明由于側(cè)鏈與主鏈能夠有效的共軛,使得側(cè)鏈上的取代基對(duì)于聚合物性質(zhì)的影響變得更加明顯。隨著給電子性的共軛噻吩乙烯側(cè)鏈的加入,聚合物的吸收光譜得到了拓寬和紅移,電化學(xué)帶隙也有明顯的降低?；诰酆衔颬1和P2的器件能量轉(zhuǎn)化效率分別為0.1%和0.17%。 超支化共軛聚合物具有良好的溶解和成膜性能,并且因?yàn)槠渑で姆肿涌臻g結(jié)構(gòu)而具有良好的電荷分離及不可逆的光致能量轉(zhuǎn)移特性,這大大降低了載流子復(fù)合的幾率并提高了無輻射躍遷的量子效率。另外超支化聚合物鏈的共軛長度分布較寬,吸光范圍較寬,也有利于太陽能電池器件效率的提高。本文采用一種A3+B2的Wittig-Horner反應(yīng)合成了一種含對(duì)苯撐乙烯和噻吩乙烯基團(tuán)的新型超支化共軛聚合物,并對(duì)其光物理性質(zhì)、電化學(xué)性質(zhì)和光伏性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明聚合物膜在300 nm到608 nm范圍內(nèi)均有吸收,吸收光譜和熒光光譜都表明聚合物薄膜形成了良好的π-π堆砌結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測(cè)試表明聚合物的能隙較低,為2.01 eV?；谠摼酆衔锏墓夥骷芰哭D(zhuǎn)化效率為0.09%。 【關(guān)鍵詞】：聚對(duì)苯撐乙烯 超支化共軛聚合物 聚合物太陽能電池 吸收光譜 光伏性能
【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】：2008
【分類號(hào)】：O633.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 文獻(xiàn)綜述8-22
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 聚合物太陽能電池原理9-10
• 1.2.1 光電響應(yīng)機(jī)理9
• 1.2.2 激子分離原理9-10
• 1.3 聚合物太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)10-11
• 1.3.1 單層器件10
• 1.3.2 電子給體/受體（D/A）的雙層器件10
• 1.3.3 本體異質(zhì)結(jié)（bulk-heterojunction）結(jié)構(gòu)10-11
• 1.4 太陽能電池的輸出特性——I-V特性曲線11-12
• 1.5 影響聚合物太陽能電池效率的因素12-14
• 1.5.1 光敏層組分對(duì)太陽光譜響應(yīng)范圍的影響13
• 1.5.2 光敏層組分形貌的影響13
• 1.5.3 材料的載流子遷移率13-14
• 1.5.4 電極材料及界面的影響14
• 1.6 聚合物給體材料14-20
• 1.6.1 聚對(duì)苯撐乙烯類（PPV）14
• 1.6.2 聚噻吩類（PT）14-15
• 1.6.3 苯并噻二唑類聚合物給體材料15-16
• 1.6.4 噻吩并噻二唑類聚合物給體材料16-17
• 1.6.5 苯并吡嗪類聚合物給體材料17
• 1.6.6 咔唑類聚合物給體材料17-18
• 1.6.7 共軛側(cè)鏈型聚合物給體材料18-19
• 1.6.8 超支化共軛聚合物19-20
• 1.7 電子受體材料20
• 1.8 論文的設(shè)計(jì)思想與研究?jī)?nèi)容20-22
• 第2章 含噻吩乙烯基側(cè)鏈的PPV衍生物的合成與表征22-38
• 2.1 引言22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分22-29
• 2.2.1 儀器和試劑22-25
• 2.2.2 單體和聚合物的合成25-29
• 2.3 結(jié)果與討論29-37
• 2.3.1 單體和聚合物結(jié)構(gòu)29-31
• 2.3.2 熱性能31-32
• 2.3.3 紫外吸收及光致發(fā)光性能32-35
• 2.3.4 電化學(xué)測(cè)試及分析35-36
• 2.3.5 光伏器件研究36-37
• 2.4 本章小節(jié)37-38
• 第3章 含噻吩乙烯基的超支化共軛聚合物的合成與表征38-49
• 3.1 引言38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分38-42
• 3.2.1 儀器和試劑38-39
• 3.2.2 單體和聚合物的合成39-42
• 3.3 結(jié)果與討論42-48
• 3.3.1 單體和聚合物結(jié)構(gòu)42-43
• 3.3.2 熱性能43-44
• 3.3.3 紫外吸收及光致發(fā)光性能44-46
• 3.3.4 電化學(xué)測(cè)試及分析46-47
• 3.3.5 光伏器件研究47-48
• 3.4 本章小節(jié)48-49
• 總結(jié)與展望49-50
• 參考文獻(xiàn)50-57
• 致謝57-58
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄58

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