含均苯四甲酸二酰亚胺受体单元的共轭聚合物的合成及其在聚合物太阳能电池上的应用

【摘要】：共轭聚合物的光谱吸收、载流子迁移率以及HOMO、LUMO能级是影响聚合物太阳能电池效率的关键因素。本文从引入新的强吸电子单元均苯四甲酸二酰亚胺(PMDI)入手,以调节分子能级得到低LUMO能级的窄带隙光伏共轭聚合物材料为出发点,设计并合成基于PMDI受体单元和不同给电子能力的给体单元的"D-A"和"D-π-A"两种不同结构的系列新型共轭聚合物。 采用1HNMR、13CNMR、红外光谱等方法对聚合物的结构进行鉴定,使用凝胶渗透色谱仪(GPC)、热重分析仪(TGA)、UV-Vis光谱仪、循环伏安法对聚合物的分子量、热稳定性、光物理性质和电化学性质进行表征。首次将含PMDI单元的聚合物应用于太阳能电池器件中,并对其光伏性能进行测试。主要结果如下： 1.设计并合成四种基于PMDI单元和不同给电子单元的"D-A"结构共聚物P1-P4。四种聚合物的LUMO和HOMO能级均较低,HOMO值在-5.58～-6.17eV之间,有利于制备具有高开路电压(V。。)的光伏器件。增加噻吩单元的数目和增强给电子单元给电子能力可以使此类聚合物吸收红移,带隙变窄。首次将含PMDI的"D-A"共聚物应用于聚合物太阳能电池,器件都具有较好的开路电压Voc,但Jsc都很低,其中P3能量转换效率达到0.064%,V。。为0.69V。 2.设计并合成了基于PMDI吸电子单元、含有噻吩桥结构的"D-π-A"结构系列聚合物P5-P7。引入噻吩桥结构可以增加此类含PMDI单元的聚合物的主链共轭性,使聚合物的吸收增强,器件的Jsc也有较明显提高。其中聚合物P7在380nm～630nm有较宽吸收,其器件的Jsc最高,效率达到0.27%；含有BDT结构的P6,具有较低的HOMO能级,其器件开路电压V。。为0.86V。 【关键词】：均苯四甲酸二酰亚胺 共轭聚合物 聚合物太阳能电池(PSCs) 本体异质结(BHJ)
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-28
• 1.1 引言8
• 1.2 聚合物太阳能电池(PSCs)简介8-13
• 1.2.1 聚合物太阳能电池的结构和工作原理8-10
• 1.2.2 聚合物太阳能电池转换效率的影响因素10-11
• 1.2.3 太阳能电池输出性能的重要参数11-13
• 1.3 近年聚合物太阳能电池活性层材料发展13-25
• 1.3.1 聚(3-己基)噻吩(P3HT)13-14
• 1.3.2 基于咔唑的共轭聚合物14-15
• 1.3.3 基于芴的共轭聚合物15-18
• 1.3.4 基于苯并二噻吩的共轭聚合物18-23
• 1.3.5 含二噻吩硅杂环戊二烯的共轭聚合物23-25
• 1.4 论文设计思想和主要研究方法25-28
• 第2章 基于不同给体单元和PMDI单元的共聚物的合成及光伏性能研究28-46
• 2.1 引言28-29
• 2.2 实验部分29-36
• 2.2.1 试剂及测试方法29-31
• 2.2.2 单体和聚合物的合成31-36
• 2.3 结果和讨论36-45
• 2.3.1 单体和聚合物的合成36-40
• 2.3.2 聚合物的热稳定性40
• 2.3.3 光物理性能40-42
• 2.3.4 电化学性能42-43
• 2.3.5 聚合物太阳能电池性能43-45
• 2.4 本章小结45-46
• 第3章 基于引入噻吩桥的PMDI单元和不同给体单元的共聚物的合成及光伏性能研究46-62
• 3.1 引言46-47
• 3.2 实验部分47-51
• 3.2.1 试剂及测试方法47-48
• 3.2.2 单体和聚合物的合成48-51
• 3.3 结果和讨论51-60
• 3.3.1 单体和聚合物的合成51-54
• 3.3.2 聚合物的热稳定性54-55
• 3.3.3 光物理性能55-57
• 3.3.4 电化学性能57-58
• 3.3.5 聚合物太阳能电池性能58-60
• 3.4 本章小结60-62
• 第4章 总结与展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-71
• 攻读学位期间的研究成果71

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