基于苯并二噻吩的新型共轭聚合物的合成及其光伏性能研究

【摘要】：D-A型共轭聚合物给体材料的设计、合成及其光电性能的调控是目前聚合物太阳能电池（PSCs）领域的研究重点和焦点。本论文以获得新型高效的聚合物给体材料为出发点，设计并合成系列基于苯并二噻吩（BDT）的新型D-A结构的共轭聚合物光伏材料。详细研究了各体系D-A共轭聚合物的光物理、电化学和光伏性能。主要开展了以下两个方面的研究工作： 1．设计并合成了两个基于BDT和噻吩取代的联二噻唑单元的D-A共轭聚合物PEHBDT-BTz和PODBDT-BTz。重点研究了BDT上的不同烷基和联二噻唑上的共轭噻吩侧链对共聚物吸收光谱、前线分子轨道能级和光伏性能的影响。结果表明联二噻唑上的共轭噻吩侧链的引入可拓宽共聚物的吸收光谱、降低带隙和HOMO能级。基于两个共聚物的PSCs的能量转换效率分别达到3.71%和2.92%。 2．设计并合成了系列基于苯并二噻吩-4,8-二酮的新型D-π-A共轭聚合物PBDT-AT, PDTS-AT, PBDT-TT和PDTS-TT。详细研究了该系列共聚物中不同给电子单元（D）和π共轭桥对其光物理、电化学、空穴迁移率和光伏性能的影响规律。光物理和电化学性质研究表明，该系列共聚物均表现出宽的吸收光谱和合适的前线分子轨道能级。以BDT作为给体单元的共聚物比DTS的表现出更宽广且红移的吸收光谱。另外，在该系列D-π-A聚合物中π桥对HOMO能级的影响比给体单元影响效果更明显。制备了基于所合成的共聚物的PSCs，其中共聚物PBDT-AT表现出最好的光伏性能，最高的能量转换效率达到5.91%。 【关键词】：聚合物太阳能电池 D-A型共轭聚合物 合成 光伏性能 苯并二噻吩
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O633.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-7
• 第1章 绪论7-21
• 1.1 引言7-8
• 1.2 聚合物太阳能电池简介8-11
• 1.2.1 聚合物太阳能电池工作原理8-9
• 1.2.2 聚合物太阳能电池性能参数9-11
• 1.3 聚合物太阳能电池材料研究进展11-20
• 1.3.1 基于噻吩与并噻吩给体单元的 D-A 共聚物12-13
• 1.3.2 基于芴、硅芴、咔唑单元的 D-A 共聚物13-15
• 1.3.3 基于二噻吩并环戊二烯和二噻吩并噻咯的 D-A 共聚物15
• 1.3.4 基于苯并二噻吩的 D-A 共聚物15-20
• 1.4 本文的设计思想和主要研究内容20-21
• 第2章 基于苯并二噻吩和噻吩取代的联二噻唑的 D-A 共轭聚合物的合成与光伏性能研究21-32
• 2.1 引言21-22
• 2.2 实验部分22-26
• 2.2.1 试剂及测量方法22
• 2.2.2 单体和聚合物的合成22-26
• 2.3 结果与讨论26-31
• 2.3.1 材料的合成与结构表征26-27
• 2.3.2 光物理性质27-28
• 2.3.3 电化学性质28-29
• 2.3.4 光伏性质29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 基于苯并二噻吩-4,8-二酮的 D-π-A 共轭聚合物的合成与光伏性能研究32-46
• 3.1 前言32-33
• 3.2 实验部分33-37
• 3.2.1 试剂及测量方法33
• 3.2.2 单体和聚合物的合成33-37
• 3.3 结果与讨论37-44
• 3.3.1 材料的合成与化学性能37-38
• 3.3.2 光物理性质38-40
• 3.3.3 电化学性质40
• 3.3.4 光伏性质40-44
• 3.4 本章小结44-46
• 总结与展望46-47
• 参考文献47-58
• 附录Ⅰ 试剂及纯化方法58-59
• 附录Ⅱ 仪器及测试方法59-61
• 致谢61-62
• 硕士期间的主要科研成果62

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