含苯并噻二唑并二噻吩吡咯和异靛的新型共轭聚合物的合成及其光伏性能研究

【摘要】：本论文对聚合物太阳能电池(PSCs)的材料及器件的新近研究进展进行了简要的综述。聚合物太阳能电池相对于传统的无机太阳能电池来说具有制备工艺简单、造价低廉、可制成超薄和大面积柔性器件等优点,所以近20年来倍受人们的关注。给体-受体(D-A)型共轭聚合物中的给、受体单元和给体-受体间的π-共轭桥对聚合物太阳能电池材料的光电性能都有重要影响。本文通过设计并合成了2个系列基于苯并噻二唑并二噻吩吡咯和异靛的新型共轭聚合物太阳能电池材料,研究了D-A共轭聚合物中不同受体和给体-受体间的不同π-共轭桥对共聚物的吸收光谱、前线分子轨道能级、电荷传输性能和光伏性能的影响。对所有中间体和聚合物的结构进行了表征和确证。构筑了基于所合成共聚物的本体异质结型太阳能电池器件,并研究了其光伏性能。主要研究内容如下： 1.设计并合成了含DPBT.BDT和DPP单元的二元P1及三元共轭聚合物P2和P3。重点研究了不同受体单元的引入及其比例的变化对共轭聚合物光伏性能的影响。其中三元聚合物P3在400～830nm间显示出宽带吸收特性。同时上述共聚物也具有较好的热性能和溶解性,良好的热性能和溶解性有利于光伏器件的制备。同时,随着共聚物中DPP的引入,它们的光伏性能逐渐提高,其中以P3的性能最佳,其能量转换效率达到了4.31%(Jsc=11.91mA/cm2,Voc=0.69V,FF=0.70%). 2.设计并合成了三个含异靛单元的共聚物材料PFT.I、PFB-I和PFTT-I。重点研究了不同给体单元苯并二噻吩、噻吩和并噻吩及呋喃作为π-桥后对共聚物的光物理、电化学、热稳定以及其光伏性能的影响。结果表明：异靛是一个具有一定吸电子能力的受体单元,用呋喃作为π-桥后与不同的给体共聚,能够获得拥有较高的开路电压的共聚物。同时,与不同给体单元共聚,可以对这类共聚物的吸收光谱、能隙和分子能级进行有效调控。基于这类新型共聚物的本体异质结型PSCs的光电转换效率为0.25%～1.46%。 【关键词】：聚合物太阳能电池 苯并噻二唑并二噻吩吡咯 异靛 合成 光伏性能
【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】：O626;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 文献综述9-22
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 聚合物太阳能电池（PSCs)10-12
• 1.2.1 聚合物太阳能电池的工作原理10
• 1.2.2 聚合物太阳能电池的器件结构10-12
• 1.3 影响聚合物太阳能电池的相关参数12-13
• 1.3.1 开路电压(V_(OC))13
• 1.3.2 短路电流(J_(SC))13
• 1.3.3 填充因子(FF)13
• 1.3.4 能量转化效率(PCE)13
• 1.4 太阳能电池光伏材料13-21
• 1.4.1 聚合物太阳能电池给体材料14-20
• 1.4.1.1 聚噻吩类(PThs)14-15
• 1.4.1.2 低能隙类15-20
• 1.4.2 聚合物太阳能电池受体材料20-21
• 1.5 论文的设计思想与研究内容21-22
• 第2章 含苯并噻二唑并二噻吩吡咯的新型共轭聚合物的合成和光伏性能的研究22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 实验部分22-26
• 2.2.1 仪器、试剂、测量方法和条件22-23
• 2.2.2 中间体和共聚物的合成23-26
• 2.3 结果与讨论26-32
• 2.3.1 中间体和共聚物的合成及结构表征26
• 2.3.2 共聚物的热稳定性26-27
• 2.3.3 共聚物的紫外-可见吸收光谱27-29
• 2.3.4 共聚物的电化学性质29-30
• 2.3.5 共聚物的光伏性能30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 含异靛和呋喃的新型共轭聚合物的合成和光伏性能的研究33-43
• 3.1 引言33
• 3.2 实验部分33-36
• 3.2.1 试剂、药品、测量条件和方法33
• 3.2.2 中间体及共聚物的合成33-36
• 3.3 结果与讨论36-42
• 3.3.1 中间体和共聚物的合成与表征37
• 3.3.2 共聚物的热稳定性37-38
• 3.3.3 共聚物的紫外-可见吸收光谱38-40
• 3.3.4 共聚物的电化学性质40-41
• 3.3.5 共聚物的光伏性能41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 总结与展望43-44
• 参考文献44-49
• 附录A 部分中间体和目标共聚物的核磁图49-55
• 附录B 试剂、药品及其纯化方法55-56
• 附录C 仪器及测试条件和方法56-57
• 致谢57-58
• 攻读硕士发表的学术论文58

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