苯并唑类聚合物光伏材料的设计合成与性能研究

【摘要】：本文以拓宽聚合物的吸收光谱、改善其溶解性能和提高载流子迁移率为目的,设计与合成了三个系列的新型苯并唑类共轭聚合物。再分别以它们为活性层材料,制备了本体异质结光伏器件,讨论了光活性材料、形貌等与光伏器件性能的关系。具体内容包括： (1)在苯并噻二唑的5,6位引入辛氧基,在其4,7位引入不同个数的噻吩单元(0,1,2),得到相应的单体M1,M2,M3。再将它们与苯并二噻吩二锡通过Stille偶联得到三种新型窄带隙共轭聚合物(P1,P2,P3)。鉴于这三种聚合物材料较宽的吸收光谱(300-820 nm),我们制备了基于P1,P2,P3为给体材料和PCBM为受体材料的本体异质结太阳能电池。初步的器件结果显示P3的能量转换效率高达4.02%,是一种很有商业前景的光伏材料。 (2)以5,6-辛氧基-二噻吩苯并噻二唑(DODTBT)为受体单元,芴或2,7-咔唑为给体单元,通过Suzuki偶联反应得到两种新的聚合物—P4和P5,再加上前一章的P3,考察不同给体单元对此类聚合物材料光伏性能的影响。 (3)首次将含烷氧链的苯并噁二唑单元引入聚合物光伏材料中,合成了四种新型窄带隙聚合物(PBDT-BX, PBDT-DTBX, PC-DTBX和PF-DTBX),并对其进行了详细表征。研究发现,它们具有良好的溶解性能、较好的热稳定性和较窄的带隙,且它们的光电性能由于其给体单元不同而各有差异。在AM 1.5 G,80mW/cm2光照下,器件结构ITO/PEDOT:PSS/polymer:PC61BM(1:2)/Ca/Al,基于PBDT-DTBX和PC-DTBX光伏器件的能量转换效率分别为2.90%和1.31%。结果表明苯并嗯二唑(BX)基共轭聚合物是一类很有前景的光伏材料。 【关键词】：苯并噻二唑 苯并噁二唑 苯并二噻吩 共轭聚合物 聚合物太阳能电池
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：O631.3
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 文献综述8-28
• 1.1 聚合物太阳能电池简介9-15
• 1.1.1 聚合物太阳能电池的结构9-11
• 1.1.2 聚合物太阳能电池的工作原理11-14
• 1.1.3 太阳能电池的表征参数14-15
• 1.2 共轭聚合物光伏材料15-26
• 1.2.1 聚对苯撑乙烯(PPV)衍生物15-19
• 1.2.2 聚噻吩(PT)衍生物19-21
• 1.2.3 聚苯并噻二唑(PBT)衍生物21-24
• 1.2.4 聚苯并二噻吩(PBDT)衍生物24-26
• 1.3 论文的设计思想与研究内容26-28
• 1.3.1 课题的意义和设计思路26-27
• 1.3.2 研究内容27-28
• 第二章 含不同噻吩单元的苯并噻二唑与苯并二噻吩共聚物的合成及其光伏性能研究28-46
• 2.1 前言28-29
• 2.2 实验部分29-36
• 2.2.1 试剂与仪器29-30
• 2.2.2 测试方法30-31
• 2.2.3 单体和聚合物的合成31-36
• 2.3 结果与讨论36-44
• 2.3.1 聚合物的合成与表征36-37
• 2.3.2 热稳定性37
• 2.3.3 光学性能37-39
• 2.3.4 电化学性能39
• 2.3.5 理论计算39-41
• 2.3.6 空穴迁移率41-42
• 2.3.7 光伏性能42-43
• 2.3.8 形貌43-44
• 2.4 本章小结44-46
• 第三章 4,7-二噻吩-5,6-二辛氧基-二噻吩苯并噻二唑基窄带隙聚合物的合成及其光伏研究46-58
• 3.1 前言46
• 3.2 实验部分46-49
• 3.2.1 试剂与仪器46-47
• 3.2.2 测试方法47
• 3.2.3 单体和聚合物的合成47-49
• 3.3 结果与讨论49-56
• 3.3.1 聚合物的合成与表征49-51
• 3.3.2 光学性能51
• 3.3.3 电化学性能51-53
• 3.3.4 论计算53-54
• 3.3.5 X-射线衍射分析54-55
• 3.3.6 空穴迁移率55
• 3.3.7 光伏性能55-56
• 3.4 本章小结56-58
• 第四章 5,6-二癸基-苯并噁二唑类窄带隙聚合物的合成及其光伏研究58-74
• 4.1 前言58-59
• 4.2 实验部分59-64
• 4.2.1 试剂与仪器59-60
• 4.2.2 测试方法60
• 4.2.3 单体和聚合物的合成60-64
• 4.3 结果与讨论64-73
• 4.3.1 聚合物的合成与表征64-65
• 4.3.2 光学性能65-66
• 4.3.3 电化学性能66-67
• 4.3.4 X-射线衍射分析67-68
• 4.3.5 空穴迁移率68-70
• 4.3.6 光伏性能70-72
• 4.3.7 形貌72-73
• 4.4 本章小结73-74
• 第五章 总结与展望74-76
• 5.1 总结74
• 5.2 展望74-76
• 参考文献76-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果86-87

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