聚合物太阳能电池材料的设计合成与性能研究

【摘要】：随着经济不断向前发展，能源问题成为各国十分关注的重大问题。太阳能的利用也成为各国科学界研究的重点领域。有机聚合物太阳能电池具有轻、薄、柔等优点得到广泛的关注。本文设计并合成一系列新型的给体（Donor）-受体（Acceptor）结构的共轭聚合物光伏材料，通过核磁氢谱和碳谱确证结构，用凝胶色谱法测试分子量，并研究了聚合物的热稳定性、光学性能以及电化学性能。 （1）设计并合成出一系列支链为噻吩乙烯基、苯乙烯基、噻吩酰乙烯基的苯并噻二唑衍生物，与二噻吩并噻咯（DTS）、二噻吩并吡咯（DTP）和二噻吩并环戊二烯（DTC）衍生物通过Stille偶联反应合成了9个新型的D-A型共聚物PBDDTS1、PBDDTS2、PBDDTS3、PBDDTP1、PBDDTP2、PBDDTP3、PBDDTC1、PBDDTC2和PBDDTC3。它们的5%热失重温度达到了350℃以上，具有良好的热稳定性能。这些聚合物在紫外区和可见光区具有两个吸收峰，聚合物固体薄膜的最大吸收峰分别为613nm、613nm、604nm、650nm、653nm、645nm、616nm、620nm和609nm，同时吸收光谱较宽，覆盖了整个可见光区。这9个聚合物具有比较低的能带隙，都在1.6eV以下，与光学能带隙相接近。 （2）合成了氟硼二吡咯结构衍生物，与二噻吩并噻咯、二噻吩并吡咯和二噻吩并环戊二烯衍生物通过Stille偶联反应合成出6个新型的D-A型共聚物PBTDTS1、PBTDTP1、PBTDTC1、PBTDTS2、PBTDTP2和PBTDTC2，它们的5%热失重温度都达到了350℃以上，显示了良好的热稳定性能。这类聚合物在紫外区和可见光区具有三个吸收峰，聚合物固体薄膜的最大吸收峰分别为580nm、605nm、585nm、598nm、622nm和606nm，同时吸收光谱较宽，覆盖了整个可见光区。这6个聚合物的电化学能带隙都低于1.70eV，属于低能带隙聚合物的范畴，和光学能带隙相吻合。 （3）合成三噻吩并苯衍生物单体，并与苯并噻二唑衍生物、氟硼二吡咯衍生物等通过Stille偶联反应合成了新型的D-A型共聚物PBTBTT1、PBTBTT2、PBTZBTT、PBODBTT和PBTDBTT。通过热稳定性测试，这些聚合物都具有较高的热失重温度。从紫外-可见吸收光谱得出，这些聚合物固体薄膜的最大吸收峰分别为585nm、596nm、620nm、626nm和639nm，同时具有较宽的吸收光谱，覆盖整个可见光区，与太阳光谱匹配较好。从循环伏安测试结果可以得出这5个聚合物具有较低的能带隙，属于低能带隙聚合物的范畴，与光学能带隙接近。 【关键词】：聚合物太阳能电池 共聚物 低能带隙 苯并噻二唑
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-34
• 1.1 引言9
• 1.2 太阳能与太阳能电池9-11
• 1.3 聚合物太阳能电池的基本原理11-13
• 1.4 聚合物太阳能电池器件的结构13-18
• 1.4.1 单层器件13
• 1.4.2 双层器件13-15
• 1.4.3 本体异质结太阳能电池15-18
• 1.5 聚合物太阳能电池研究进展18-33
• 1.5.1 聚合物电子受体材料19-20
• 1.5.2 聚合物太阳能电池的给体材料20-33
• 1.6 论文的研究内容和创新点33-34
• 1.6.1 研究内容33
• 1.6.2 创新点33-34
• 第2章 含二噻吩衍生物的共聚物的合成与表征34-62
• 2.1 引言34-35
• 2.2 实验部分35-55
• 2.2.1 试剂及测试35
• 2.2.2 单体和聚合物的合成35-55
• 2.3 结果与讨论55-61
• 2.3.1 单体和聚合物的合成55-56
• 2.3.2 热稳定性分析56-57
• 2.3.3 紫外-可见吸收光谱57-59
• 2.3.4 循环伏安分析59-61
• 2.4 本章小结61-62
• 第3章 含氟硼二吡咯共聚物的合成与表征62-76
• 3.1 引言62
• 3.2 实验部分62-71
• 3.2.1 试剂及测试62
• 3.2.2 单体和聚合物的合成62-71
• 3.3 结果与讨论71-75
• 3.3.1 单体和聚合物的合成71-72
• 3.3.2 热稳定分析72-73
• 3.3.3 紫外-可见吸收光谱73-74
• 3.3.4 循环伏安分析74-75
• 3.4 本章小结75-76
• 第4章 含三噻吩并苯共聚物的合成与表征76-92
• 4.1 引言76
• 4.2 实验部分76-87
• 4.2.1 试剂及测试76
• 4.2.2 单体和聚合物的合成76-87
• 4.3 结果与讨论87-91
• 4.3.1 单体和聚合物的合成87
• 4.3.2 热稳定分析87-88
• 4.3.3 紫外-可见吸收光谱88-90
• 4.3.4 循环伏安分析90-91
• 4.4 本章小结91-92
• 第5章 总结和展望92-94
• 5.1 总结92-93
• 5.2 展望93-94
• 参考文献94-104
• 攻读硕士研究生期间发表的论文104-105
• 致谢105-106
• 附录1 单体和聚合物的核磁谱图106-165
• 附录2 实验所用试剂及其纯化方法165-168
• 附录3 实验所用仪器及检测仪器168-169

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