含二氰基二苯乙烯共轭聚合物的设计与合成及其在聚合物太阳电池中的应用
发布时间：2021-03-11 01:03
基于本体异质结的有机/聚合物太阳电池由于具有柔性、半透明、全固态、可溶液加工、易于大面积制备等优点,使得它们在便携式电子产品、变色窗户、建筑表面等领域展现出应用潜质。近来,基于非富勒烯小分子为受体的聚合物太阳电池光电转换效率超过14%,取得了令人瞩目的进展。然而,当前光电转换效率仍不足以实现聚合物太阳电池商业化应用,解决这一现状的关键点依然是发展高效的活性层材料。二氰基二苯乙烯（DCB）单元由于具有强拉电性能,能够提高分子内的电荷转移而被广泛应用于光电器件。本论文围绕DCB单元,设计合成一系列新型的聚合物给体和受体材料,系统研究分子结构与器件性能之间的关系,为设计高效的活性层材料提供参考。喹喔啉（Q）单元上两个分离苯基通过单键连接可提高聚合物平面性和增强分子间堆积,但会减弱聚合物分子内电荷转移（ICT）的性能。第二章中,利用氰基官能团的强拉电性可增强分子内电荷转移的策略,设计合成一系列基于DCB和Q单元的共轭聚合物,系统研究取代基对材料性能的影响。研究发现聚合物吸收光谱的分子内电荷转移峰明显增强,证实引入强拉电性基团增强分子内电荷传输的目的得以实现。同时,氰基和氟原子的协同效应,使得以...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 有机太阳电池简介
1.2.1 有机太阳电池的发展进程
1.2.2 有机太阳电池的器件结构及基本工作原理
1.2.3 有机太阳电池的表征和参数
1.3 有机太阳电池活性层材料
1.3.1 有机太阳电池给体材料进展
1.3.2 有机太阳电池受体材料进展
1.4 活性层材料设计策略和含二氰基二苯乙烯有机半导体材料
1.4.1 活性层材料设计策略
1.4.2 含二氰基二苯乙烯单元材料进展
1.5 本论文研究内容和创新之处
1.5.1 本论文研究内容
1.5.2 本论文创新之处
第二章 基于二氰基二苯乙烯-喹喔啉的共轭聚合物合成及其性能研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 原料与试剂
2.2.2 材料的表征与仪器设备
2.2.3 单体和聚合物的合成
2.3 结果与讨论
2.3.1 材料的合成
2.3.2 聚合物的光物理性质
2.3.3 聚合物的电化学性质
2.3.4 密度泛函理论计算
2.3.5 光伏性能
2.3.6 载流子迁移率测试
2.3.7 电荷传输、抽提与复合
2.3.8 形貌表征
2.4 本章小结
第三章 氰基取代位置对基于二氰基二苯乙烯聚合物太阳电池性能的影响
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 原料与试剂
3.2.2 材料的表征与仪器设备
3.2.3 单体和聚合物的合成
3.3 结果与讨论
3.3.1 材料的合成
3.3.2 光物理以及电化学性能
3.3.3 密度泛函理论计算
3.3.4 光伏性能
3.3.5 电荷产生与传输性能
3.3.6 电荷复合与抽提动力学
3.3.7 形貌表征
3.4 本章小结
第四章 基于二氰基二苯乙烯-萘二酰亚胺的N-型材料合成及其性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 原料与试剂
4.2.2 材料的表征与仪器设备
4.2.3 单体和聚合物的合成
4.3 结果与讨论
4.3.1 材料合成
4.3.2 光物理和电化学性能
4.3.3 密度泛函理论计算
4.3.4 光伏性能
4.3.5 电荷传输与复合
4.3.6 形貌表征
4.4 本章小结
第五章 三元共聚合成N2200衍生物及其在全聚合物太阳电池中的应用
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 原料与试剂
5.2.2 材料的表征与仪器设备
5.2.3 单体和聚合物的合成
5.3 结果与讨论
5.3.1 材料合成
5.3.2 光学和电化学性能
5.3.3 光伏性能
5.3.4 电荷产生、复合以及抽提
5.3.5 形貌表征
5.4 本章小结
总结
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有接近15%能量转换效率的有机太阳能电池[J]. 崔勇,姚惠峰,杨晨熠,张少青,侯剑辉. 高分子学报. 2018(02)
[2]Ternary organic solar cells offer 14% power conversion efficiency[J]. Zuo Xiao,Xue Jia,Liming Ding. Science Bulletin. 2017(23)
[3]非富勒烯聚合物太阳电池研究进展[J]. 宾海军,李永舫. 高分子学报. 2017(09)
[4]Towards a bright future: polymer solar cells with power conversion efficiencies over 10%[J]. Zhicheng Hu,Lei Ying,Fei Huang,Yong Cao. Science China（Chemistry）. 2017(05)
本文编号：3075588
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 有机太阳电池简介
1.2.1 有机太阳电池的发展进程
1.2.2 有机太阳电池的器件结构及基本工作原理
1.2.3 有机太阳电池的表征和参数
1.3 有机太阳电池活性层材料
1.3.1 有机太阳电池给体材料进展
1.3.2 有机太阳电池受体材料进展
1.4 活性层材料设计策略和含二氰基二苯乙烯有机半导体材料
1.4.1 活性层材料设计策略
1.4.2 含二氰基二苯乙烯单元材料进展
1.5 本论文研究内容和创新之处
1.5.1 本论文研究内容
1.5.2 本论文创新之处
第二章 基于二氰基二苯乙烯-喹喔啉的共轭聚合物合成及其性能研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 原料与试剂
2.2.2 材料的表征与仪器设备
2.2.3 单体和聚合物的合成
2.3 结果与讨论
2.3.1 材料的合成
2.3.2 聚合物的光物理性质
2.3.3 聚合物的电化学性质
2.3.4 密度泛函理论计算
2.3.5 光伏性能
2.3.6 载流子迁移率测试
2.3.7 电荷传输、抽提与复合
2.3.8 形貌表征
2.4 本章小结
第三章 氰基取代位置对基于二氰基二苯乙烯聚合物太阳电池性能的影响
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 原料与试剂
3.2.2 材料的表征与仪器设备
3.2.3 单体和聚合物的合成
3.3 结果与讨论
3.3.1 材料的合成
3.3.2 光物理以及电化学性能
3.3.3 密度泛函理论计算
3.3.4 光伏性能
3.3.5 电荷产生与传输性能
3.3.6 电荷复合与抽提动力学
3.3.7 形貌表征
3.4 本章小结
第四章 基于二氰基二苯乙烯-萘二酰亚胺的N-型材料合成及其性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 原料与试剂
4.2.2 材料的表征与仪器设备
4.2.3 单体和聚合物的合成
4.3 结果与讨论
4.3.1 材料合成
4.3.2 光物理和电化学性能
4.3.3 密度泛函理论计算
4.3.4 光伏性能
4.3.5 电荷传输与复合
4.3.6 形貌表征
4.4 本章小结
第五章 三元共聚合成N2200衍生物及其在全聚合物太阳电池中的应用
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 原料与试剂
5.2.2 材料的表征与仪器设备
5.2.3 单体和聚合物的合成
5.3 结果与讨论
5.3.1 材料合成
5.3.2 光学和电化学性能
5.3.3 光伏性能
5.3.4 电荷产生、复合以及抽提
5.3.5 形貌表征
5.4 本章小结
总结
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有接近15%能量转换效率的有机太阳能电池[J]. 崔勇,姚惠峰,杨晨熠,张少青,侯剑辉. 高分子学报. 2018(02)
[2]Ternary organic solar cells offer 14% power conversion efficiency[J]. Zuo Xiao,Xue Jia,Liming Ding. Science Bulletin. 2017(23)
[3]非富勒烯聚合物太阳电池研究进展[J]. 宾海军,李永舫. 高分子学报. 2017(09)
[4]Towards a bright future: polymer solar cells with power conversion efficiencies over 10%[J]. Zhicheng Hu,Lei Ying,Fei Huang,Yong Cao. Science China（Chemistry）. 2017(05)
本文编号：3075588
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