窄带隙聚合物的设计，合成与光伏特性研究

【摘要】：聚合物光伏电池日渐成为低成本、高效益获取太阳能的有效方式。针对窄带隙聚合物,科研人员通过侧链功能化、能级调控和聚合物共轭扩展等手段,不断提高聚合物的光电性能。本论文主要针对窄带隙聚合物的合成与光电性能研究,全文可分为六个章节:第一章,简单介绍聚合物光伏电池的研究背景及热点,讨论典型的聚合物电池结构以及几种主要的聚合物研究进展。最后提出本论文中材料的设计思想与大致研究内容。第二章,通过扩展共轭的方法,合成了一种新型菲类受体单元,与经典給体材料单元苯并二噻吩(BDT)类聚合,得到聚合物PBDTFPQ。该类材料的吸收与热稳定性均满足制备光伏器件的要求,应用于电池器件后获得了较好的电池效率,是一种优良的聚合物給体材料。第三章,采用新合成的缺电单元与含不同侧链结构的BDT单元聚合,制备了三种不同的聚合物,PC16BDTT-T-FPQ、PC8BDTT-T-FPQ和PBDT-T-FPQ,综合研究了BDT单元上侧链对聚合物各种光电性能的影响。三种不同的聚合物,由于分子共轭程度的不同,其吸收光谱也表现出不一致;二维结构的PC16BDTT-T-FPQ和PC8BDTT-T-FPQ比PBDT-T-FPQ拥有更宽的吸收光谱。含双辛基噻吩单元的PC16BDTT-T-FPQ比含异辛基噻吩单元的PC8BDTT-T-FPQ和异辛氧基单元的PBDT-T-FPQ的HOMO能级更深。第四章,采用苯并二茚并二噻吩(IDT)为给电单元,与新合成的缺电单元聚合反应制备了IDT-T-FPQ、IDT-FPQ(W/O)、IDT-FPQ和IDT-DFPQ四种不同聚合物。研究发现,受体单元取代基氟原子的数量明显影响聚合物的吸收和电化学性能。第五章,合成了两种新型聚合物FPQ和FTQ,讨论了共轭程度的增加对各项光电性能(UV、CV、HOMO能级等)的影响,获得了5.77%的光电转换效率第六章,总结工作,对课题组未来在聚合物电池领域的研究进行展望。 【关键词】：聚合物太阳电池 氟代菲喹喔啉 侧链工程 共轭程度 光电转换效率
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章: 绪论10-18
• 1.1 背景介绍10-12
• 1.1.1 器件结构和电池原理10-11
• 1.1.2 电池的光电性能参数11-12
• 1.2 新型窄带隙聚合物給体材料相关进展12-16
• 1.2.1 苯并[1,2-b:3,4-b’]二噻吩及并噻吩类衍生物12-13
• 1.2.2 苯并噻二唑类材料13-14
• 1.2.3 吡咯并[3,4]吡咯-1,4-二酮及其衍生物14
• 1.2.4 噻吩并[3,4]吡咯-4,6-二酮类材料14-15
• 1.2.5 喹喔啉及氟代喹喔啉类材料15-16
• 1.3 本论文的主要工作及创新点16-18
• 第二章 菲类稠环结构的光伏特性研究18-27
• 2.1 引言18
• 2.2 实验部分18-21
• 2.2.1 实验试剂及相关处理18
• 2.2.2 材料与器件表征18-19
• 2.2.3 单体及聚合物合成19-21
• 2.2.4 电池器件21
• 2.3 结果与讨论21-26
• 2.3.1 相关产物的结构表征21-23
• 2.3.2 吸收光谱特性23
• 2.3.3 电化学性能表征23-24
• 2.3.4 热重分析表征24
• 2.3.5 器件性能测试24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 侧链工程在D-A聚合物中的光伏应用研究27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 实验部分27-34
• 3.2.1 实验试剂及相关处理27
• 3.2.2 材料与器件表征27-29
• 3.2.3 单体与聚合物的合成29-34
• 3.3 结果与讨论34-39
• 3.3.1 相关产物结构表征34-36
• 3.3.2 吸收特性表征36-37
• 3.3.3 电化学特性表征37-38
• 3.3.4 器件制备与测试38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章 菲类受体单元取代基在光伏特性方面的研究41-50
• 4.1 引言41
• 4.2 实验部分41-45
• 4.2.1 实验试剂及相关处理41-42
• 4.2.2 材料与器件表征42-43
• 4.2.3 单体与聚合物合成43-45
• 4.3 结果与讨论45-48
• 4.3.1 相关单体核磁谱图45
• 4.3.2 吸收特性表征45-46
• 4.3.3 电化学特性46-47
• 4.3.5 器件制作与表征47-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 稠环结构在聚合物材料及光伏应用研究50-58
• 5.1 引言50
• 5.2 实验部分50-53
• 5.2.1 试验原料50
• 5.2.2 器件制作与材料表征50-51
• 5.2.3 单体与聚合物合成51-53
• 5.3 结果与讨论53-56
• 5.3.1 相关单体的核磁表征53-54
• 5.3.2 材料的吸收特性54
• 5.3.3 材料的电化学特性54-55
• 5.3.4 器件制作与表征55-56
• 5.4 本章小结56-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 参考文献60-66
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文66-67
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利67-68
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目68-69
• 致谢69

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