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聚合物太阳能电池材料的设计合成与性能研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 22:02:26
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聚合物太阳能电池材料的设计合成与性能研究【摘要】:随着经济不断向前发展,能源问题成为各国十分关注的重大问题。太阳能的利用也成为各国科学界研究的重点领域。有机聚合物太阳能电池具有轻、

【摘要】:随着经济不断向前发展,能源问题成为各国十分关注的重大问题。太阳能的利用也成为各国科学界研究的重点领域。有机聚合物太阳能电池具有轻、薄、柔等优点得到广泛的关注。本文设计并合成一系列新型的给体(Donor)-受体(Acceptor)结构的共轭聚合物光伏材料,通过核磁氢谱和碳谱确证结构,用凝胶色谱法测试分子量,并研究了聚合物的热稳定性、光学性能以及电化学性能。 (1)设计并合成出一系列支链为噻吩乙烯基、苯乙烯基、噻吩酰乙烯基的苯并噻二唑衍生物,与二噻吩并噻咯(DTS)、二噻吩并吡咯(DTP)和二噻吩并环戊二烯(DTC)衍生物通过Stille偶联反应合成了9个新型的D-A型共聚物PBDDTS1、PBDDTS2、PBDDTS3、PBDDTP1、PBDDTP2、PBDDTP3、PBDDTC1、PBDDTC2和PBDDTC3。它们的5%热失重温度达到了350℃以上,具有良好的热稳定性能。这些聚合物在紫外区和可见光区具有两个吸收峰,聚合物固体薄膜的最大吸收峰分别为613nm、613nm、604nm、650nm、653nm、645nm、616nm、620nm和609nm,同时吸收光谱较宽,覆盖了整个可见光区。这9个聚合物具有比较低的能带隙,都在1.6eV以下,与光学能带隙相接近。 (2)合成了氟硼二吡咯结构衍生物,与二噻吩并噻咯、二噻吩并吡咯和二噻吩并环戊二烯衍生物通过Stille偶联反应合成出6个新型的D-A型共聚物PBTDTS1、PBTDTP1、PBTDTC1、PBTDTS2、PBTDTP2和PBTDTC2,它们的5%热失重温度都达到了350℃以上,显示了良好的热稳定性能。这类聚合物在紫外区和可见光区具有三个吸收峰,聚合物固体薄膜的最大吸收峰分别为580nm、605nm、585nm、598nm、622nm和606nm,同时吸收光谱较宽,覆盖了整个可见光区。这6个聚合物的电化学能带隙都低于1.70eV,属于低能带隙聚合物的范畴,和光学能带隙相吻合。 (3)合成三噻吩并苯衍生物单体,并与苯并噻二唑衍生物、氟硼二吡咯衍生物等通过Stille偶联反应合成了新型的D-A型共聚物PBTBTT1、PBTBTT2、PBTZBTT、PBODBTT和PBTDBTT。通过热稳定性测试,这些聚合物都具有较高的热失重温度。从紫外-可见吸收光谱得出,这些聚合物固体薄膜的最大吸收峰分别为585nm、596nm、620nm、626nm和639nm,同时具有较宽的吸收光谱,覆盖整个可见光区,与太阳光谱匹配较好。从循环伏安测试结果可以得出这5个聚合物具有较低的能带隙,属于低能带隙聚合物的范畴,与光学能带隙接近。 【关键词】:聚合物太阳能电池 共聚物 低能带隙 苯并噻二唑
【学位授予单位】:南昌航空大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 绪论9-34
  • 1.1 引言9
  • 1.2 太阳能与太阳能电池9-11
  • 1.3 聚合物太阳能电池的基本原理11-13
  • 1.4 聚合物太阳能电池器件的结构13-18
  • 1.4.1 单层器件13
  • 1.4.2 双层器件13-15
  • 1.4.3 本体异质结太阳能电池15-18
  • 1.5 聚合物太阳能电池研究进展18-33
  • 1.5.1 聚合物电子受体材料19-20
  • 1.5.2 聚合物太阳能电池的给体材料20-33
  • 1.6 论文的研究内容和创新点33-34
  • 1.6.1 研究内容33
  • 1.6.2 创新点33-34
  • 第2章 含二噻吩衍生物的共聚物的合成与表征34-62
  • 2.1 引言34-35
  • 2.2 实验部分35-55
  • 2.2.1 试剂及测试35
  • 2.2.2 单体和聚合物的合成35-55
  • 2.3 结果与讨论55-61
  • 2.3.1 单体和聚合物的合成55-56
  • 2.3.2 热稳定性分析56-57
  • 2.3.3 紫外-可见吸收光谱57-59
  • 2.3.4 循环伏安分析59-61
  • 2.4 本章小结61-62
  • 第3章 含氟硼二吡咯共聚物的合成与表征62-76
  • 3.1 引言62
  • 3.2 实验部分62-71
  • 3.2.1 试剂及测试62
  • 3.2.2 单体和聚合物的合成62-71
  • 3.3 结果与讨论71-75
  • 3.3.1 单体和聚合物的合成71-72
  • 3.3.2 热稳定分析72-73
  • 3.3.3 紫外-可见吸收光谱73-74
  • 3.3.4 循环伏安分析74-75
  • 3.4 本章小结75-76
  • 第4章 含三噻吩并苯共聚物的合成与表征76-92
  • 4.1 引言76
  • 4.2 实验部分76-87
  • 4.2.1 试剂及测试76
  • 4.2.2 单体和聚合物的合成76-87
  • 4.3 结果与讨论87-91
  • 4.3.1 单体和聚合物的合成87
  • 4.3.2 热稳定分析87-88
  • 4.3.3 紫外-可见吸收光谱88-90
  • 4.3.4 循环伏安分析90-91
  • 4.4 本章小结91-92
  • 第5章 总结和展望92-94
  • 5.1 总结92-93
  • 5.2 展望93-94
  • 参考文献94-104
  • 攻读硕士研究生期间发表的论文104-105
  • 致谢105-106
  • 附录1 单体和聚合物的核磁谱图106-165
  • 附录2 实验所用试剂及其纯化方法165-168
  • 附录3 实验所用仪器及检测仪器168-169


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