聚合物太阳能电池材料的设计、合成及性质研究

【摘要】： 聚合物太阳能电池,具有材料来源广泛、重量轻、制备工艺简单、可大面积成膜、柔性等优点而成为人们近年来关注的热点。本论文围绕聚合物体异质结太阳能电池材料开展研究工作,主要内容及结论如下: 1.我们将较大枝状的电子传输基团噁二唑引入PPV的侧链,设计并合成了侧链含有1, 3, 4-噁二唑PPV的衍生物poly{[2-(3-{3,5-bis[5-(4-butoxy)phenyl]- 1,3,4,-oxadiazole-2-yl}phenoxy)propox-y-5-methoxy-1,4-phenylenevinylene]-co-[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]}(3C-OXD-PPV)。在结构中加入双丁氧基能充分改善聚合物的溶解性能。目标聚合物有良好的热稳定性。我们研究了聚合物紫外吸收性质、电致发光性质、光伏特性等。将聚合物3C-OXD-PPV应用到聚合物太阳电池中,跟PCBM掺混形成光活化层,得到的光伏器件表现出开路电压为0.81V,短路电流为4.93 mA/cm2,填充因子为0.40,最大能量转换效率为1.60%。 2.通过Horner-Wadsworth-Emmons聚合反应成功合成出以4,4’-(2,1,3-Benz- othiadiazole-4,7-diyl)bis(2,5-bis(hexyloxy)benzaldehyde) (M-1)为构筑单元三个规则有序交替的共扼聚合物。我们系统的研究了目标聚合物的紫外吸收和电化学性质。电化学测试结果显示,三个聚合物都具有较低的HOMO能级,这暗示了三个聚合物在空气都有较好的稳定性,在光伏器件中能有效的提高开路电压。以这三个聚合物为给体,PCBM为受体,制备了光伏电池。结果表明,与PF-DBT和PTDBT相比,基于PP-DBT的电池具有更高的能量转换效率为1.62%。 3.将含噻吩-苯并噻唑与芳香环形成的给体-受体体系,通过Horner偶联合成了一系列低带隙的聚合物。这些窄带隙共轭聚合物展现了宽的吸收光谱(350nm- 850nm),能有效地与太阳光谱匹配,提高太阳光采集率。以这三种聚合物为给体、以C60衍生物PCBM为电荷受体,制备了体异质结型有机光伏电池,对其光伏性能进行初步的研究,这三个器件能量转换效率:0.33,0.38,0.76%. 【关键词】：聚合物太阳能电池 共轭聚合物 能量转换效率 Horner偶联
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：O631.3;TM914.4
【目录】：

• 提要4-7
• 第一章 绪论7-45
• 1.1 聚合物太阳能电池重要发展历史7-9
• 1.2 聚合物太阳能电池结构9-11
• 1.3 有机光伏器件的性能表征11-13
• 1.4 有机聚合物太阳能电池的材料13-27
• 1.4.1 受体材料13-15
• 1.4.2 给体材料15-27
• 1.4.2.1 对苯撑乙烯(PPV)衍生物15-18
• 1.4.2.2 聚噻吩(PT) 衍生物18-20
• 1.4.2.3 窄带隙聚合物20-27
• 1.5 本论文的设计思想27-31
• 参考文献31-45
• 第二章 侧链含有噁二唑基团的新型聚对苯撑乙烯聚合物的合成与光伏性能研究45-67
• 2.1 引言45-46
• 2.2 材料的合成46-53
• 2.2.1 试剂和仪器46-48
• 2.2.2 材料的合成48-53
• 2.2.2.1 噁二唑单体的合成48-52
• 2.2.2.2 聚合物的合成52-53
• 2.3 结果与讨论53-58
• 2.3.1 共聚物的合成及热学性质53-54
• 2.3.2 紫外吸收光谱54
• 2.3.3 电化学性质54-56
• 2.3.4 光伏性能56-58
• 2.4 本章小结58-60
• 参考文献60-67
• 第三章 以4，7-二苯基苯并噻二唑为构筑单元共轭聚合物 的合成及性能研究67-92
• 3.1 引言67-69
• 3.2 材料的合成69-80
• 3.2.1 试剂和仪器69-70
• 3.2.2 材料的合成70-80
• 3.2.2.1 双醛单体（M-1）的合成70-74
• 3.2.2.2 单体M-2-M-4 的合成74-76
• 3.2.2.3 聚合物的合成76-80
• 3.3 结果与讨论80-86
• 3.3.1 共聚物的合成及热学性质80-81
• 3.3.2 聚合物的紫外-可见吸收81-82
• 3.3.3 电化学性质82-84
• 3.3.4 光伏性能84-86
• 3.4 本章小结86-87
• 参考文献87-92
• 第四章 以4，7-二噻吩基-苯并噻二唑为构筑单元共轭聚合 物的合成及性能研究92-111
• 4.1 引言92-94
• 4.2 材料的合成94-99
• 4.2.1 试剂和仪器94-95
• 4.2.2 单体的合成95-98
• 4.2.3 聚合物的合成98-99
• 4.3 结果与讨论99-105
• 4.3.1 共聚物的合成及热学性质99-101
• 4.3.2 聚合物的紫外-可见吸收101-102
• 4.3.3 电化学性质102-104
• 4.3.4 光伏性能104-105
• 4.4 本章小结105-107
• 参考文献107-111
• 攻读学位期间的论文发表111-113
• 致谢113-114
• 摘要114-116
• ABSTRACT116-118

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