含有氟代喹喔啉单元的D-A型聚合物的合成及其光伏特性研究

【摘要】：聚合物光伏电池具有质量轻、低成本等许多优点，开发性能优良的材料对于实现电池产业化有着至关重要的意义，目前已经成为人们研究的热点和重点。 本论文具体而言，全文共分为六章： 第一章，概述了光伏电池的基本知识，介绍几种典型的共轭聚合物在电池领域内的研究状况，重点阐述了喹喔啉类材料的研究现状以及氟原子引入到分子结构中对材料性能的影响。最后，据此提出了本论文的设计思路和主要研究内容。 第二章，选取喹喔啉和氟代喹喔啉作为缺电单元，与苯并二噻吩（BDT）通过Stille偶联聚合反应成功合成了聚合物PBDTQx和PBDTFQx。测试结果表明该类材料在可见区有合理的吸收和良好的热稳定性，电化学结果显示含氟原子的PBDTFQx与PBDTQx相比，最高占据轨道（HOMO）和最低空轨道（LUMO）的能级均有所降低，表现在器件中为相同条件下，光电转换效率有明显的提升。 第三章，选取喹喔啉和氟代喹喔啉的衍生物作为缺电单元，BDT为给电单元，制备了聚合物PBDTTQx、PBDTFTQx；PBDTC6TQx、PBDTC6FTQx以及PC_(12)BDTTQx、PC_(12)BDTFTQx。测试结果表明分子结构经过修饰改性后，上述聚合物在长波区内均表现出较宽的吸收；每组聚合物中含氟材料的HOMO能级均比无氟材料要低，表现在器件中为相同条件下，含氟材料的开路电压明显增大。另外，空间电荷限制电流法（SCLC）结果表明PC_(12)BDTTQx和PC_(12)BDTFTQx是一类具有较高迁移率的光伏材料。 第四章，选用喹喔啉和氟代喹喔啉的衍生物作为缺电单元，芴、咔唑为给电单元，通过Suzuki偶联聚合反应制备了PFOTQx、PFOFTQx和PCzTQx、PCzFTQx。制备的材料同样具有较高热稳定性和合理的吸收，而且含氟材料的HOMO能级比无氟材料要低。相同条件下，基于含氟材料制作的器件具有较高的开路电压，光电转换效率比无氟材料器件提升约15%-33%。 第五章，运用Stille偶联聚合反应合成了含有喹喔啉-噻吩（TQ），氟代喹喔啉-噻吩（FTQ）结构的聚合物，对吸收、电化学进行测试。重点对FTQ的光伏性能进行研究，活性层经过优化退火处理后最终得到5.3%的较高光电转换效率。 第六章，对论文的工作内容进行总结，并对后期工作进行展望。 【关键词】：聚合物光伏电池 给-受型 氟代喹喔啉 开路电压 光电转换效率
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 聚合物光伏电池的简介9-11
• 1.1.1 聚合物光伏电池的结构和工作原理9-10
• 1.1.2 聚合物光伏电池的光电转换效率10-11
• 1.2 共轭聚合物材料的研究11-16
• 1.2.1 聚对苯乙烯撑和聚己基噻吩11-12
• 1.2.2 苯并噻二唑及其衍生物12
• 1.2.3 吡咯并[3,4]吡咯-1,4-二酮及其衍生物12-13
• 1.2.4 苯并[1,2-b:3,4-b’]二噻吩及其衍生物13-14
• 1.2.5 噻吩并[3,4]吡咯-4,6-二酮及其衍生物14-15
• 1.2.6 喹喔啉及其衍生物15-16
• 1.3 氟原子对材料性能的影响16-17
• 1.4 本论文的主要工作及创新点17-19
• 第二章 喹喔啉与苯并二噻吩结构的聚合物的合成及其光伏特性研究19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 实验部分19-26
• 2.2.1 实验原料及化学试剂19-20
• 2.2.2 综合表征测试20-21
• 2.2.3 目标产物及实验步骤21-25
• 2.2.4 聚合物光伏电池的制备25-26
• 2.3 结果与讨论26-34
• 2.3.1 单体及目标产物的结构表征26-31
• 2.3.2 聚合物的光谱性能表征31
• 2.3.3 聚合物的电化学性能表征31-32
• 2.3.4 聚合物的热重分析32
• 2.3.5 聚合物的光伏性能测试32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 喹喔啉衍生物与苯并二噻吩的聚合及材料的光伏特性研究35-53
• 3.1 引言35
• 3.2 实验部分35-43
• 3.2.1 实验原料及化学试剂35
• 3.2.2 综合表征测试35-36
• 3.2.3 目标产物及实验步骤36-43
• 3.3 结果与讨论43-52
• 3.3.1 相关化合物的结构表征43-45
• 3.3.2 聚合物溶解性45
• 3.3.3 聚合物的光谱性能表征45-47
• 3.3.4 聚合物的电化学性能表征47-48
• 3.3.5 聚合物的热重分析48
• 3.3.6 聚合物的光伏性能测试48-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 喹喔啉衍生物与芴和咔唑的聚合及材料的光伏特性研究53-68
• 4.1 引言53
• 4.2 实验部分53-58
• 4.2.1 实验原料及化学试剂53
• 4.2.2 综合表征测试53-54
• 4.2.3 目标产物及实验步骤54-58
• 4.3 结果与讨论58-66
• 4.3.1 相关化合物的结构表征58-61
• 4.3.2 聚合物的光谱性能表征61
• 4.3.3 聚合物的电化学性能表征61-62
• 4.3.4 聚合物的热分析62-63
• 4.3.5 聚合物的光伏性能测试63-66
• 4.4 本章小结66-68
• 第五章 喹喔啉与噻吩的聚合及材料的光伏特性研究68-75
• 5.1 引言68
• 5.2 实验部分68-71
• 5.2.1 实验原料及化学试剂68
• 5.2.2 综合表征测试68-69
• 5.2.3 目标产物及实验步骤69-71
• 5.3 结果与讨论71-74
• 5.3.1 聚合物的光谱性能表征71
• 5.3.2 聚合物的电化学性能表征71-72
• 5.3.3 聚合物的光伏性能测试72-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 参考文献77-84
• 附录 1 攻读硕士学位期间撰写的论文84-85
• 附录 2 攻读硕士学位期间申请的专利85-86
• 附录 3 攻读硕士学位期间参加的科研项目86-87
• 致谢87

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