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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 22:02:27
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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】:随着能源危机的日益严重,人们越来越重视太阳能的开发和利用。聚合物太阳能电池由于质量轻、制备工艺简单、价格便宜、柔性等特点受到广泛的

【摘要】:随着能源危机的日益严重,人们越来越重视太阳能的开发和利用。聚合物太阳能电池由于质量轻、制备工艺简单、价格便宜、柔性等特点受到广泛的关注。但是与无机太阳能电池相比,聚合物太阳能电池的光电转化效率比较低。这就需要对聚合物材料不断改进,使其具有宽的吸收光谱以及高的载流子迁移率。本文设计合成了一系列新型给体(D)-受体(A)结构的共轭聚合物,通过核磁氢谱和碳谱确证了聚合物的结构,用凝胶色谱法(GPC)测试了其分子量,并研究了聚合物的热稳定性能、光物理性能以及电化学性能。 (1)设计合成了一系列侧链为噻吩乙烯基、苯乙烯基、三苯胺乙烯基和二苯胺乙烯基的苯并噻二唑衍生物,与带烷氧基侧链的苯并二噻吩衍生物通过Stille偶合反应合成了5个新型D-A结构的共聚物PBDBDT1、PBDBDT2、PBDBDT3、PBDBDT4和PBDBDT5。它们的热分解温度达到了330℃以上,具有较好的热稳定性能。这类聚合物在紫外区和可见光区具有两个吸收峰,聚合物薄膜的最大吸收峰分别为601nm、597nm、603nm、587nm和606nm,同时具有宽的吸收光谱,覆盖了整个可见光区。这5个聚合物具有比较低的能带隙,都在1.65eV以下,与光学能带隙的测试结果比较接近。 (2)合成了带噻吩侧链的苯并二噻吩衍生物,与苯并噻二唑衍生物通过Stille偶合反应合成了5个新型D-A结构的共聚物PBTBDT1、PBTBDT2、PBTBDT3、PBTBDT4和PBTBDT5,它们的热分解温度都达到了400℃以上,显示了好的热稳定性能。这类聚合物在紫外区和可见光区具有三个吸收峰,聚合物薄膜的最大吸收峰分别为620nm、604nm、613nm、604nm和613nm,同时取得了较宽的吸收光谱,覆盖了整个可见光区。这5个聚合物的电化学能带隙都低于1.65eV,属于低能隙聚合物,与光学能带隙的测试结果比较接近。与基于带烷氧基侧链的苯并二噻吩共聚物相比,基于带噻吩侧链的苯并二噻吩共聚物的吸收更红移。 (3)合成了二噻吩并吡啶衍生物单体,并与苯并噻二唑衍生物通过Stille偶合反应合成了新型D-A结构的共聚物PBDTP1、PBDTP2、PBDTP3、PBDTP4和PBDTP5。通过热稳定性测试,这些聚合物都具有较高的热分解温度。利用紫外-可见分光光度计分析出聚合物PBDTP1、PBDTP2、PBDTP3、PBDTP4和PBDTP5薄膜的最大吸收峰分别为597nm、578nm、574nm、530nm和544nm,同时具有较宽的吸收光谱,覆盖了整个可见光区。从循环伏安测试结果可以显示这5个聚合物具有较低的能带隙,与光学能带隙的测试结果比较接近。 【关键词】:聚合物太阳能电池 低能带隙 共聚物 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】:2011
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 绪论9-33
  • 1.1 引言9-10
  • 1.2 聚合物太阳能电池的发展10-11
  • 1.3 聚合物太阳能电池的器件结构11-12
  • 1.4 聚合物太阳能电池的工作原理12-17
  • 1.4.1 吸收光子产生激子12-14
  • 1.4.2 激子扩散14
  • 1.4.3 电荷分离14
  • 1.4.4 电荷传输14
  • 1.4.5 电荷收集14-15
  • 1.4.6 聚合物太阳能电池的特性15-17
  • 1.5 聚合物能带隙宽度对光电转换效率的影响17-18
  • 1.6 共轭聚合物光伏材料18-31
  • 1.6.1 聚对苯撑乙烯(PPV)及其衍生物18-20
  • 1.6.2 聚噻吩(PTH)及其衍生物20-21
  • 1.6.3 基于苯并噻二唑以及苯并噻二唑衍生物的共聚物21-28
  • 1.6.4 基于其它基元的共聚物28-31
  • 1.6.5 共轭聚合物作为受体材料31
  • 1.7 论文的研究内容和创新点31-33
  • 第2章 含 4,8-二烷氧基苯并二噻吩共聚物的合成与表征33-61
  • 2.1 引言33
  • 2.2 实验部分33-52
  • 2.2.1 试剂及测试33-34
  • 2.2.2 单体和聚合物的合成34-52
  • 2.3 结果与讨论52-59
  • 2.3.1 单体和聚合物的合成52-53
  • 2.3.2 热稳定性分析53-54
  • 2.3.3 紫外-可见吸收光谱54-56
  • 2.3.4 循环伏安分析56-59
  • 2.4 本章小结59-61
  • 第3章 含 4,8-二噻吩苯并二噻吩共聚物的合成与表征61-75
  • 3.1 引言61
  • 3.2 实验部分61-68
  • 3.2.1 试剂及测试61
  • 3.2.2 单体和聚合物的合成61-68
  • 3.3 结果与讨论68-74
  • 3.3.1 单体和聚合物的合成68-69
  • 3.3.2 热稳定分析69-70
  • 3.3.3 紫外-可见吸收光谱70-72
  • 3.3.4 循环伏安分析72-74
  • 3.4 本章小结74-75
  • 第4章 含二噻吩并吡啶共聚物的合成与表征75-89
  • 4.1 引言75
  • 4.2 实验部分75-83
  • 4.2.1 试剂及测试75
  • 4.2.2 单体和聚合物的合成75-83
  • 4.3 结果与讨论83-88
  • 4.3.1 单体和聚合物的合成83-84
  • 4.3.2 热稳定分析84-85
  • 4.3.3 紫外-可见吸收光谱85-86
  • 4.3.4 循环伏安分析86-88
  • 4.4 本章小结88-89
  • 第5章 总结和展望89-91
  • 5.1 总结89-90
  • 5.2 展望90-91
  • 参考文献91-99
  • 攻读硕士研究生期间发表的论文99-100
  • 致谢100-101
  • 附录 1 实验所用试剂及其纯化方法101-104
  • 附录 2 实验所用仪器及检测仪器104-105
  • 附录 3 单体和聚合物的核磁谱图105-140


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