聚合物太阳能电池：富勒烯基受体材料的设计、合成及性能研究

【摘要】：聚合物太阳能电池因结构简单、质轻、价格低廉、工艺简单、可制备成大面积柔性电池等特点，被誉为优秀的新型能源之一。为了进一步提高PCBM([6,6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯)基聚合物太阳能电池的性能，对PCBM进行改性，提高产物的LUMO(最低空轨道)能级或增大溶解性，提高器件的开路电压或短路电流，达到提高电池性能的目的。 本文设计了三类富勒烯衍生物受体材料，采用Dmol3计算方法对设计分子HOMO(最高占有轨道)和LUMO能级进行模拟计算，与PCBM对比进行分子结构筛选；合成并分离获得六种未见报道的PCBM类似物，并对双富勒烯衍生物的合成进行了初步探讨；利用UV-Vis、IR、~1H NMR、~(13)C NMR、MS和元素分析等对产物及中间体进行结构表征；利用差热分析仪和热重分析仪对合成目标产物的热稳定性进行了研究，在200℃内未出现分解，产物具有较高的热稳定性，作为受体材料应用于聚合物太阳能电池时具有较高的稳定性；将产物与P3HT (3-己基噻吩聚合物)混合，制备成ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC_(61))BM analogues/LiF_3/Al结构聚合物太阳能电池，在AM1.5G,100mWcm~2模拟太阳光下进行了光伏性能测试，光电转换效率与相同方法制备的PCBM器件接近或有所提高。 【关键词】：聚合物太阳能电池 受体材料 PCBM类似物 合成与表征 热稳定性 光电性能
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-26
• 1.1 聚合物太阳能电池发展历程8-9
• 1.2 聚合物太阳能电池工作原理9-11
• 1.3 器件结构11-14
• 1.4 聚合物太阳能电池光敏层材料14-18
• 1.5 富勒烯基电池受体材料18-24
• 1.6 选题的目的和意义24-25
• 1.7 主要研究内容25-26
• 2 目标分子设计26-33
• 2.1 分子结构设计26-27
• 2.2 分子轨道能级计算27-32
• 2.3 结果讨论32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 脂肪酯类富勒烯衍生物合成及光伏性能33-55
• 3.1 主要仪器和试剂33-35
• 3.2 [6,6]-苯基-C_(61)-丁酸异丙酯合成及表征35-40
• 3.3 [6,6]-苯基-C_(61)-丁酸仲丁酯合成及表征40-44
• 3.4 [6,6]-苯基-C_(61)-丁酸乙酯合成及表征44-47
• 3.5 热稳定性研究47-49
• 3.6 光伏性能研究49-53
• 3.7 本章小结53-55
• 4 芳环酯类富勒烯衍生物的合成及光伏性能55-80
• 4.1 主要仪器和试剂55-57
• 4.2 PCBM 批量制备及酸水解57-60
• 4.3 [6,6]-苯基-C_(61)-丁酸-2-噻吩乙酯合成与表征60-64
• 4.4 [6,6]-苯基-C_(61)-丁酸-2-吡啶甲酯合成及表征64-67
• 4.5 [6,6]-苯基-C_(61)-丁酸苯乙酯合成及表征67-69
• 4.6 [6,6]-苯基-C_(61)-丁酸-4-甲氧基苄基酯及表征69-72
• 4.7 [6,6]-苯基-C_(61)-丁酸-4-硝基苄基酯合成及表征72-73
• 4.8 热稳定性研究73-75
• 4.9 光伏性能研究75-79
• 4.10 本章小结79-80
• 5 链状二酯双富勒烯衍生物的合成及表征80-95
• 5.1 实验试剂及仪器80-82
• 5.2 饱和链状二酯类双富勒烯衍生物合成及表征82-88
• 5.3 对苯二甲酯双富勒烯衍生物合成及表征88-94
• 5.4 本章小结94-95
• 结论95-97
• 致谢97-98
• 参考文献98-107
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果107-108
• 附录108-129

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