含苯并二噻吩及噻吩衍生物的共轭聚合物的合成及光伏性能研究

【摘要】：聚合物太阳能电池(PSCs)具有造价低廉、质量轻便、可制备柔性大面积器件等优点而倍受关注。迄今为止,本体异质结(BHJ)是PSCs中最成功的器件结构。尽管大量新型光伏材料的开发使得PSCs的能量转换效率(PCE)逐步提高,但要实现PSCs的实际使用仍有大量工作要做。对聚合物给体材料来说,限制其光伏性能的因素包括吸收光谱窄、摩尔吸光系数低、分子能级不匹配及载荷子迁移率低等。本论文主要设计并合成了两个基于苯并二噻吩(BDT)的共轭聚合物系列,通过在聚合物的侧链引入吸电子结构单元,形成主链为给电子结构单元,侧链为吸电子结构单元的新型D-A共轭聚合物。我们采用了1H-NMR、13H-NMR、FT-IR、MALDI-TOF MS对其结构进行了表征,并采用Uv-Vis吸收光谱、循环伏安、电流-电压曲线测试了聚合物的光物理、电化学和光伏性能。具体如下： 1.设计并合成了六种基于苯并二噻吩(BDT)和分别带有吸电子基噁二唑(OXD)、酯基和烷基侧链的噻吩衍生物的交替共轭聚合物(PL1-PL6)。实验结果表明,与共聚合物主链具有共轭作用的吸电子OXD和甲酸酯基侧链可有效地拓宽聚合物的吸收光谱,并降低聚合物的能隙,从而提高聚合物的光伏性能。以六种共聚物作为给体,PC61BM作为受体,制备了聚合物本体异质结器件(重量比1：2)。在AM 1.5 G太阳光条件下(100 mW/cm2),基于PL3和PL5的太阳能电池器件的能量转换效率分别为1.98%和2.06%。 2.设计并合成新型共轭聚合物P1-P4,偶联BDT的4-和8-位,使其嵌入到共轭聚合物的主链,并在BDT结构单元上引入不同吸电子结构单元：醛基、2-乙烯基丙二酸二乙酯,使其形成主链为给电子结构单元,侧链为吸电子结构单元的新型D-A共轭聚合物。研究结果表明,如果BDT上的醛基的功能化反应不完全时,会破坏聚合物的规整性,导致吸收光谱蓝移,聚合物的能隙增大,其光伏性能下降。在AM 1.5 G太阳光条件下(100 mW/cm2),基于P1太阳能电池器件的能量转换效率为0.35%。 【关键词】：聚合物太阳能电池(PSCs) 本体异质结(BHJ) 能量转换效率(PCE) 苯并二噻吩(BDT) 噁二唑(OXD) 吸电子基团
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：O631.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 引言9
• 1.2 聚合物太阳能电池(PSCs)9-11
• 1.3 聚合物太阳能电池的能量转换效率的影响因素11-12
• 1.3.1 激子的产生11
• 1.3.2 激子的扩散11-12
• 1.3.3 激子的电荷分离和传输12
• 1.3.4 电荷的收集激子的产生12
• 1.4 聚合物太阳能电池的重要参数12-13
• 1.5 聚合物太阳能电池给体材料13-21
• 1.5.1 聚噻吩类衍生物13-15
• 1.5.2 聚苯撑乙烯(PPVs)及聚苯撑乙炔(PAEs)衍生物15-16
• 1.5.3 稠环芳烃的共轭聚合物16-19
• 1.5.4 新近高效率聚合物材料19-21
• 1.6 本论文的设计思想和主要研究内容21-23
• 第2章 基于苯并二噻吩和带有吸电子功能基侧链噻吩衍生物的共轭聚合物的合成及光伏性能研究23-43
• 2.1 引言23-24
• 2.2 实验部分24-34
• 2.2.1 试剂、药品、测试条件及方法24
• 2.2.2 单体及聚合物的合成24-34
• 2.3 结果和讨论34-42
• 2.3.1 单体和聚合物的合成及其结构表征34
• 2.3.2 聚合物的热性能34-35
• 2.3.3 聚合物的光物理性能35-38
• 2.3.4 聚合物的电化学性能38-39
• 2.3.5 聚合物的光伏性能39-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第3章 带不同吸电子基团的苯并二噻吩的共轭聚合物类合成及其光电性能研究43-56
• 3.1 引言43-44
• 3.2 实验部分44-49
• 3.2.1 仪器、试剂及测试条件及方法44
• 3.2.2 单体和聚合物的合成44-49
• 3.3 结果与讨论49-55
• 3.3.1 单体和聚合物的合成及结构表征49-50
• 3.3.2 聚合物的热性能50-51
• 3.3.3 聚合物的光物理性能51-53
• 3.3.4 聚合物的电化学性能53-54
• 3.3.5 聚合物的光伏性能54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 总结与展望56-57
• 参考文献57-62
• 附录A 试剂、药品及纯化方法62-64
• 附录B 仪器及测试条件和方法64-65
• 致谢65-66
• 攻读硕士学位期间发表论文情况66

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

聚合物发光材料    李建科，漆宗能，王佛松

共轭聚合物复合抗静电油罐涂料    鲁照玲

共轭聚合物/C_(60)复合体系及其在光伏打电池中的应用    黄红敏,贺庆国,蔺洪振,杨俊林,白凤莲

聚苯类共轭聚合物的合成及荧光特性研究    李建科,阳明书,漆宗能,王佛松

非线性光学聚合物材料    杜仕国

基于共轭高分子纳米复合材料发光二极管的研究进展    王萍萍,陈国华,吴大军,徐金瑞

含噁二唑单元共轭聚合物合成与性质研究    陈令武,刘田东,成义祥

含萘单元共聚物的合成与性质研究    陈令武,宋金峰,刘田东,成义祥

CdSe纳米晶/共轭聚合物太阳电池的制备与性能研究    刘艳山;王藜;曹镛;

新型共轭功能材料-超支化聚合物的研究进展    屈小红;胡子衍;史学涛;陈芳;

基于带吸电子基团的苯并二噻吩衍生物的新型共轭聚合物的合成及其光伏性能    赵斌;聂玉娟;汤鹏;谭松庭;

共轭聚合物对有机场效应晶体管的调控作用    吴卫平;刘云圻;邹应萍;李永舫;朱道本;

微波辅助高质量共轭聚合物合成    张文思;路萍;马於光;

新型共轭聚合物荧光探针设计及其在生物检测与成像中的应用研究    王树;

含磷光铱配合物的共轭聚合物的设计、合成及其在汞离子传感中的应用研究    史慧芳;刘淑娟;赵强;黄维;

共轭聚合物荧光探针:生物检测、成像与生物医药应用    王树;

侧链含氨基的聚对苯撑乙炔/咔唑共轭聚合物的合成及发光性质的研究    刘暘;杨凯;孙书;石建兵;佟斌;支俊格;董宇平;

用于TNT爆炸物检测新型荧光共轭聚合物的制备及性能研究    陈意铭;廖明义;金美花;黄丽;

一类共轭聚合物半导体的设计、合成与性能    陈杜刚;韩康;兰凌燕;钟成;秦金贵;

新型氮杂芴基超分子共轭聚合物凝胶的制备与表征    林宗琼;林进义;李伟杰;张超;解令海;仪明东;黄维;

塑料芯片技术不断发展    吴映红

进军多学科前沿交叉新领域    本报记者 操秀英

TFEL：强力挑战LCD    北方交通大学　　滕 枫　徐 征　赵谡玲

大连化物所提高储氢能力    

吸附储氢材料研究获进展    陶加

让资源有效循环起来    实习记者 赵凤莉

推大米订单种植中粮欲控制“饭碗”    边长勇

发展钢铁服务业是产业结构升级的要求    叶黎明　黄世益 金国范 王京（上海钢铁服务业协会常务副会长兼秘书长 叶黎明）

钢铁服务业亟待向更高层次发展    本报首席记者 包斯文

英研究发现可用真菌降解聚氨酯塑料    文新

水醇溶性有机光电材料与受体悬挂式共轭聚合物的合成与性能研究    段春晖

具有光活性的电子给体/受体双缆型共轭聚合物的设计、合成和性能研究    李明华

分子刷型水溶性共轭聚合物的合成、表征与传感应用研究    张志勇

以苯并咪唑类衍生物为识别基的共轭聚合物的设计、合成及化学传感特征    向刚

聚芴类共轭聚合物荧光传感器的合成、设计及应用研究    鲍碧清

发光颜色可调控的共轭聚合物的氧化聚合    徐意

聚芳烃二炔类水溶性共轭聚合物的合成及其在传感器中的应用研究    曾文南

荧光共轭聚合物的合成、表征及荧光传感特性    冯继昌

新型给体—受体共轭聚合物的设计、合成及其有机光伏太阳能电池性能研究    胡超

基于共轭聚合物的新型荧光传感薄膜的创制及相关检测仪器的研制    何刚

含苯并二噻吩及噻吩衍生物的共轭聚合物的合成及光伏性能研究    聂玉娟

新型聚苯撑乙炔类共轭聚合物的合成以及荧光传感研究    唐雪艳

新型水溶性聚苯乙炔—吡啶类共轭聚合物的合成及荧光传感应用研究    胡玉琴

二类不同共轭聚合物的合成及对金属离子识别性的研究    王成智

新型共轭聚合物光伏材料的设计合成及光伏特性研究    钱德平

功能化水溶性共轭聚合物的合成、光物理性质及其分析应用    蔡小慧

基于吩噻嗪衍生物低能带隙共轭聚合物的合成与表征    王艳宾

荧光共轭聚合物合成及其在金属离子检测中的应用    王安宁

炔基取代的多色功能共轭聚合物的合成及衍生修饰    雷艳丽

两种新型荧光共轭聚合物的合成及其对非离子表面活性剂的分析应用    郝丹