噻唑类、苯并三唑类共聚物及三苯胺类小分子的合成与光伏性能研究

【摘要】：本论文围绕共轭聚合物和有机小分子光伏材料的设计、合成及其在有机太阳能电池中的应用,开展了以下几个方面的工作： (1)通过Stille偶联反应合成了两种新的以苯并二噻吩为给体单元,分别以联二噻唑、并二噻唑为受体单元的D-A共轭聚合物,P1和P2。并对其热稳定性,光学和电化学性能进行了研究。同时,分别以P1和P2为电子给体、PC71BM为电子受体(质量比为1：2)共混制备了本体异质结聚合物太阳能电池器件,基于P1和P2的光伏器件外量子效率(EQE)最高值达到了45%。在AM1.5(100mW/cm2)模拟太阳光照下,以P2和PC71BM(质量比为1：2)共混制备的光伏器件初步结果为：能量转换效率达到了2.6%,开路电压为0.77V,短路电流为6.68mA/cm2,填充因子为0.51。 (2)合成了三种分别以苯并二噻吩,二噻吩并吡咯和咔唑为给体单元,以苯并三氮唑为受体单元的D-A共聚物(PBDT-DTBTz, PDTP-DTBTz和PC-DTBTz),并应用于聚合物太阳能电池中的给体材料。改变不同的给体单元,可以调节其带隙和HOMO能级。PC-DTBTz具有最低的HOMO能级,从而基于PC-DTBTz的光伏器件获得了最高的开路电压(0.73V)。在AM1.5(100mW/cm2)模拟太阳光照下,基于PBDT-DTBTz, PDTP-DTBTz和PC-DTBTz的光伏器件的能量转换效率分别为1.55%,0.34%和1.33%。 (3)通过Stille偶联反应合成了一种新的以三苯胺为给体单元,以异靛为受体单元的D-A-D结构有机小分子M1。其具有宽的吸收(300-700nm),较低的HOMO能级(-5.30eV)和带隙(1.69eV),较高的空穴迁移率(2.49x104cm2/Vs)。基于M1:PC61BM(1:3,w/w)的可溶液加工小分子本体异质结太阳能电池器件的能量转换效率达到了0.84%,相应的开路电压为0.78V。 【关键词】：共轭聚合物 有机小分子 有机太阳能电池 光伏性能
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O631.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 文献综述9-31
• 1.1 引言9
• 1.2 有机太阳能电池简介9-13
• 1.2.1 有机太阳能电池的结构9-10
• 1.2.2 有机太阳能电池性能的影响因素10-13
• 1.3 有机光伏材料13-29
• 1.3.1 共轭聚合物给体材料13-24
• 1.3.2 可溶液加工的有机小分子给体材料24-29
• 1.4 本论文的设计思想与研究内容29-31
• 第二章 基于苯并二噻吩和噻唑共聚物的合成及光伏性能研究31-46
• 2.1 前言31-32
• 2.2 实验部分32-38
• 2.2.1 试剂与规格32-33
• 2.2.2 仪器与测试方法33-35
• 2.2.3. 单体和聚合物的合成35-38
• 2.3 结果与讨论38-45
• 2.3.1 合成与表征38
• 2.3.2 热稳定性38-39
• 2.3.3 光学性能39-40
• 2.3.4 电化学性能40-41
• 2.3.5 空穴迁移率41-42
• 2.3.6 光伏性能42-43
• 2.3.7 形貌43-45
• 2.4 本章小结45-46
• 第三章 基于苯并三氮唑共聚物的合成及光伏性能研究46-57
• 3.1 前言46-47
• 3.2 实验部分47-50
• 3.2.1 试剂与规格47
• 3.2.2 仪器与测试方法47-48
• 3.2.3. 单体和聚合物的合成48-50
• 3.3 结果与讨论50-56
• 3.3.1 合成与表征50
• 3.3.2 热稳定性50-51
• 3.3.3 光学性能51-52
• 3.3.4 电化学性能52
• 3.3.5 空穴迁移率52-53
• 3.3.6 光伏性能53-55
• 3.3.7 形貌55-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 含三苯胺单元的D-A-D结构小分子的合成及光伏性能研究57-67
• 4.1 前言57-58
• 4.2 实验部分58-60
• 4.2.1 试剂与规格58
• 4.2.2 仪器与测试方法58
• 4.2.3 材料的合成58-60
• 4.3 结果与讨论60-66
• 4.3.1 合成与表征60-61
• 4.3.3 光学性能61
• 4.3.4 电化学性能61-62
• 4.3.5 空穴迁移率62-63
• 4.3.6 光伏性能63-64
• 4.3.7 形貌64-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 参考文献69-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果82

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