新型苯并二杂环基共轭聚合物光伏材料的设计合成及应用

【摘要】：本论文以拓宽共轭聚合物的吸收光谱、改善溶解性能及提高载流子迁移率为目的,设计、合成了两个系列的新型苯并二杂环基类共轭聚合物。分别将其与PCBM共混作为活性层材料,制备成本体异质结太阳能光伏器件,系统讨论了活性层材料、共混膜形貌等对器件性能的影响。具体内容包括： (1)设计合成了6,7-二辛氧基萘并[2,3-c]噻吩-4,9-二酮(NTDO)单体M1,并通过引入不同的侧链基团分别得到单体M2和M3,分别将这三个单体与苯并二噻吩单元(BDT)通过Stille偶联得到系列聚合物PBDTNTDO-C1, PBDTNTDO-C2及PBDTNTDO-C3。分析了聚合物的热稳定性,光学性能和电化学性能等。将聚合物与PCBM共混制备成太阳能光伏器件,结果显示：基于ITO/PEDOT:PSS/polym-er:PC71BM(1:2)/Ca/Al器件结构的光伏结果分别为1.96%,1.01%和2.21%。(2)设计、合成了一种新型的苯并二呋哺基(BDF)单元,将其与单体M3通过Stille偶联得到一种新型共轭聚合物PBDFNDO.分别通过1H NMR, GPC, TGA, UV-Vis光谱吸收和循环伏安等方法对聚合物进行了详细的表征。聚合物PBDFNTDO能够很好的溶解于常见的溶剂中,其数均分子量(Mn)为10.7KDa/mol,多分散性系数为1.71。热稳定性测试结果表明该聚合物质量损失达5%时的温度高达341℃,具有很好的热稳定性。聚合物的光谱吸收范围为300-750nm,具有较窄的光学带隙(1.65eV)。循环伏安测得聚合物的HOMO和LUMO能级分别为-5.33eV和-3.40eV。应用空间电荷限制电流(SCLC)法测得基于PBDFNTDO:PC71BM (1:1.5, w/w)活性层的空穴迁移率为5.0×10-3cm2·V-1·s-1。将聚合物与PC71BM共混制备成光伏器件,得到光电转换效率高达4.71%,显示PBDFNTDO是一种很有前景的光伏材料。 【关键词】：苯并二杂环 Stille偶联 共轭聚合物 聚合物太阳能电池
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O631
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 综述9-22
• 1.1 聚合物太阳能电池简介11-16
• 1.1.1 聚合物太阳能电池结构11-12
• 1.1.2 聚合物太阳能电池的工作原理12-14
• 1.1.3 有机太阳能电池性能表征参数14-16
• 1.2 共轭聚合物光伏材料16-20
• 1.2.1 共轭聚合物给体材料16-19
• 1.2.2 富勒烯衍生物受体材料19-20
• 1.3 论文的设计思想及主要研究内容20-22
• 1.3.1 论文课题的意义与设计思想20-21
• 1.3.2 论文主要研究内容21-22
• 第二章 萘并[2,3-c]噻吩-4,9-二酮衍生物与苯并二噻吩共轭聚合物的合成及光伏性能研究22-40
• 2.1 前言22-23
• 2.2 实验部分23-30
• 2.2.1 试剂与仪器23-24
• 2.2.2 材料测试应用方法24-26
• 2.2.3 单体及聚合物的合成26-30
• 2.3 结果与讨论30-39
• 2.3.1 单体及聚合物的表征30-31
• 2.3.2 热稳定性31-32
• 2.3.3 光学性能32-33
• 2.3.4 电化学性能33-34
• 2.3.5 理论计算34-35
• 2.3.6 空穴迁移率35-37
• 2.3.7 光伏性能37-38
• 2.3.8 形貌分析38-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 一种新型的苯并[1,2-b：4,5-b’]二呋喃基共轭聚合物的合成及其光伏性研究40-54
• 3.1 前言40-41
• 3.2 实验部分41-44
• 3.2.1 试剂与仪器41-42
• 3.2.2 测试方法42
• 3.2.3 单体及聚合物的合成42-44
• 3.3 结果与讨论44-53
• 3.3.1 聚合物PBDFNTDO的表征44
• 3.3.2 热稳定性44-45
• 3.3.3 光学性能45-46
• 3.3.4 电化学性能46-47
• 3.3.5 空穴迁移率47-48
• 3.3.6 X-射线衍射分析48-49
• 3.3.7 光伏性能49-52
• 3.3.8 形貌分析52-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 总结与展望54-56
• 4.1 总结54
• 4.2 展望54-56
• 参考文献56-64
• 攻读硕士期间主要的研究成果64-66
• 致谢66

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