新型共轭高分子光伏材料的设计与性能研究

【摘要】：随着近年来能源危机和环境污染的逐渐加剧，对可再生能源的需求也越来越大。太阳能作为一种清洁的可再生能源，对太阳能电池的研究和应用在过去的几十年中得到了前所未有的发展。目前应用最广泛的太阳能电池是基于单晶硅、多晶硅和非晶硅系列，由于其加工工艺复杂、成本昂贵且不易于进行大面积柔性加工，限制了它的大规模生产应用。聚合物有机太阳能电池由于具有制备工艺简单、重量轻、造价低廉、容易制备大面积柔性器件等优点得到了广泛的关注。目前聚合物太阳能器件的结构主要是本体异质结结构（BHJ）结构。它的结构一般由以下部分组成：ITO阳极；PSS：PEDOT阳极涂层；光活性层（一般是由给体单元（如P3HT）和受体单元（如PC60BM或PC70BM）组成）；金属阴极（如Al）。基于P3HT和PCBM的太阳能电池的效率已经达到4-5%。 虽然目前报道的聚合物太阳能电池的最高能量转换效率已经达到了7～8%，但是相对于无机半导体太阳能电池的效率而言还相当低。为了提高其能量转换效率，对聚合物太阳能电池进行了深入的研究仍然有很大的重要性。 本论文主要是从共轭聚合物设计和结构改性的角度出发，拓宽聚合物光伏材料的吸收光谱，调节聚合物能级，合成一系列窄带隙的聚合物。 本论文分为三章，基于聚合物光电分子的设计合成和性质研究，开展了一下几方面的工作。 第一章中，详细叙述了共轭聚合物有机太阳能电池的工作原理和发展简史，介绍了一些典型的聚合物材料，从影响电池效率的几个方面分别详细叙述了设计和研究工作中应该注意的问题和解决方案。 第二章中，合成了一种新的电子受体单元:2-烷基-噻吩[3,4-b]咪唑，它可以由噻吩的二氨基化合物和酸或酰胺关环得到，合成方法简单易行。含有此单元的单体和苯并二噻吩（BDT）和二噻吩硅芴(DTS)共聚后得到六种新型的聚合物，并首次被应用于光电领域，基于P2/PC71BM的器件效率达到0.72%。 第三章中，对含有苯并三唑单元的共聚物进行结构和性能的改进。苯并三唑是一个强吸电子的杂环芳香化合物。它结构中有两个亚胺（C=N）上的氮原子有强烈的吸电子作用，同时，苯并三唑的N-H键易于修饰，可用来改变苯并三唑的结构，并以此来调节苯并三唑类共聚物的光学性质。利用苯并三唑结构中电负性较强的N原子和分子内氢键，尝试将吡咯引入到聚合物骨架中去。此外，试图增加苯并三唑自身骨架的共轭程度，以达到吸收光谱红移的目的。 【关键词】：聚合物太阳能电池 共轭聚合物 噻吩并咪唑 苯并三唑
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O631.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 绪论9-45
• 1.1 聚合物有机太阳能电池简介9-17
• 1.2 聚合物太阳能电池给体材料17-33
• 1.3 聚合物太阳能电池受体材料33-35
• 1.4 共轭聚合物材料的性能和结构设计要求35-37
• 1.5 本论文的设计思想和研究内容37-38
• 1.6 参考文献38-45
• 第二章 含有噻吩并咪唑单元的共轭共聚物的设计、合成与光电性能研究45-69
• 2.1 引言45-49
• 2.2 实验部分49-60
• 2.3 结果与讨论60-66
• 2.3 本章总结66-67
• 2.4 参考文献67-69
• 第三章 对含苯并三唑类聚合物性质改性的初步研究69-81
• 3.1 引言69-71
• 3.2 实验部分71-75
• 3.3 结果与讨论75-79
• 3.4 本章总结79
• 3.5 参考文献79-81
• 主要化合物图谱81-98
• 作者在硕士期间发表及待发表的学术论文98-99
• 致谢99

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