含苯并二噻吩和绕丹宁的有机光伏材料的合成及研究

【摘要】：目前,随着能源储量的急剧减少,研究者们投入了大量的精力去寻找可持续利用的新能源,例如:风能、地热能、太阳能。与其它新能源相比,太阳能电池是解决能源枯竭问题的最有前景的新技术。目前实现商业化应用的主要是硅基太阳能电池,但是昂贵的硅纯化技术和所带来的环境污染问题严重限制了它的发展应用。有机太阳能电池是一种很有前景的光伏技术,具有低成本、重量轻、柔性等优点,但是它的能量转换效率还达不到商业化应用的需求,因此这需要研究者们不断去开发新的有机光伏材料。本文设计并合成了两类有机小分子和共轭聚合物光伏材料,并对这些材料的热性能、UV-Vis吸收性能、电化学及光伏性能进行了详细的研究。1.设计并合成了两种A–D–A结构的有机小分子:以3,4-二甲氧基噻吩为核并含有DTBT的小分子S1-DTBT和以3,4-二甲氧基噻吩为核的七噻吩骨架并含有3-乙基绕丹宁末端吸电子基团的小分子S2-7TRD。我们具体地研究了DTBT和绕丹宁基团对这两个有机小分子性能的影响。这两个小分子均有较好的溶解性和热稳定性。DTBT基团的引入成功地降低了S1-DTBT的HOMO能级并提高了它的溶解性,而绕丹宁基团提高了S2-7TRD的UV-Vis吸收光谱的宽度和强度并进一步提高了其短路电流密度。因此,S2-7TRD的短路电流密度几乎是S1-DTBT的两倍。2.设计并合成了四个侧链型交替共聚物,分别为PBDT-TRD、PBDT-3TRD、PBDT-TTRD和PBDT-3TTRD,并首次将3-乙基绕丹宁吸电子基团引入到聚合物侧基上。我们具体地研究了π桥和绕丹宁基团对共聚物性能的影响。这些共聚物的吸收光谱较宽、HOMO能级较低、热稳定性较好。当PC61BM用作受体材料时,PBDT-TRD和PBDT-TTRD具有较高的能量转换效率,其值分别为3.35%和3.18%,其中PBDT-TRD的开路电压高达0.94 V。 【关键词】：有机光伏材料 绕丹宁 侧链 苯并二噻吩 苯并噻二唑
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ422;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 文献综述9-25
• 1.1 研究背景9
• 1.2 聚合物和小分子太阳能电池的研究进展9-15
• 1.2.1 聚合物及小分子太阳能电池的工作原理10
• 1.2.2 聚合物及小分子太阳能电池的器件结构10-12
• 1.2.3 聚合物及小分子太阳能电池的性能参数12-15
• 1.3 有机太阳能电池材料15-23
• 1.3.1 小分子本体异质结太阳能电池给体材料15
• 1.3.2 聚合物太阳能电池给体材料15-22
• 1.3.3 聚合物及小分子太阳能电池的受体材料22-23
• 1.4 论文的设计思想与研究内容23-25
• 第2章 含苯并噻二唑和 3-乙基绕丹宁的小分子光伏材料研究25-39
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验部分26-33
• 2.2.1 试剂及测试条件与方法26
• 2.2.2 有机小分子S1-DTBT，S2-7TRD的合成路线26-33
• 2.3 结果与讨论33-38
• 2.3.1 有机小分子化合物的合成与表征33-34
• 2.3.2 有机小分子的热性能34
• 2.3.3 有机小分子的光学性能34-36
• 2.3.4 有机小分子的电化学性能36-37
• 2.3.5 有机小分子的光伏性能37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第3章 含有 3-乙基绕丹宁侧基的聚合物光伏材料研究39-60
• 3.1 引言39-40
• 3.2 实验部分40-52
• 3.2.1 试剂及测试条件和方法40
• 3.2.2 单体和聚合物的合成40-52
• 3.3 结果与讨论52-59
• 3.3.1 聚合物的合成与表征52
• 3.3.2 聚合物的热性能52-53
• 3.3.3 聚合物的光学性能53-55
• 3.3.4 聚合物的电化学性能55-56
• 3.3.5 聚合物的AFM分析56-57
• 3.3.6 聚合物的空穴迁移率57
• 3.3.7 聚合物的光伏性能57-59
• 3.4 本章小结59-60
• 总结与展望60-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-68
• 附录A 试剂、药品及其纯化方法68-70
• 附录B 仪器及测试条件和方法70-71
• 攻读硕士学位期间发表论文情况71

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