基于卟啉衍生物与吡咯并吡咯二酮的有机光伏材料的合成及性能研究

发布时间：2017-06-11 13:03

  本文关键词：基于卟啉衍生物与吡咯并吡咯二酮的有机光伏材料的合成及性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着化石能源的日益枯竭以及环境污染,化石能源已经不能满足人们的生活需要和社会发展。可再生新型能源的研究以及开发显得十分重要。为此,本论文着重介绍了本体异质结(BHJ)聚合物太阳能电池(PSCs)的工作原理及器件的研究进展。并综述了BHJ PSCs中几种具有代表性的聚合物电子给体材料及其研究现状。根据阐述我们设计合成了两种新型的金属锌卟啉配合物LX和LG,并利用气质联用、飞行质谱及核磁共振氢谱和元素分析等检测手段对所合成的中间产物和目标聚合物进行了表征。还通过紫外 可见吸收光谱(UV Vis),循环伏安法(CV)和原子力显微镜测试了目标聚合物的光物理性质,电化学性能和表面形貌,同时研究了基于卟啉衍生物的聚合物作为电子给体的BHJ PSCs的光伏性能。本论文的主要研究内容如下:1.设计并合成了新型金属锌卟啉配合物卟啉LX作为给体单元,以4种不同比例的吡咯并吡咯二酮(DPP)作为受体单元,用联二噻吩(BT)作为π桥,通过Stille-coupling聚合合成P(LX-BT-DPP1),P(LX-BT-DPP3),P(LX-BT-DPP4),P(LX-BT-DPP5)三元共聚物。详细研究了其不同比例的LX对目标共聚物的光物理性质、电化学及光伏性能的影响。研究表明,P(LX-BT-DPP4)表现出了最优的吸收光谱从而获得了最高的短路电流(J_(sc)),最优的表面形貌有利于得到较好的开路电压(V_(oc)),基于P(LX-BT-DPP4)/PC61BM(1/2,w/w)的BHJ PSCs的光电转换效率最高为2.44%。2.设计并合成了新型金属锌卟啉配合物LG作为给体单元与吡咯并吡咯二酮(DPP)作为受体单元,用联二噻吩(BT)作为π桥,合成了P(LG-BT-DPP),并加入噻吩并吡咯二酮(TPD)拓宽500 nm—600 nm的吸收光谱合成四元共聚物P(LG-BT-TPD-DPP)。实验表明:两种共聚物均有较好的热稳定性和溶解性,并且在共聚物骨架中引入TPD单元能够有效的拓宽聚合物的吸收光谱,使得共聚物P(LG-BT-DPP)和P(LG-BT-TPD-DPP)的光电转换效率分别为1.76%和2.03%。
【关键词】：聚合物太阳能电池 光电转换效率 卟啉 吡咯并吡咯二酮 三元共聚物
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;O641.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 聚合物太阳能电池 (PSCs) 的发展简史9-10
• 1.3 PSCs的器件结构及BHJ PSCs的工作原理10-16
• 1.3.1 PSCs的器件结构10-13
• 1.3.2 本体异质结太阳能电池的工作原理13-16
• 1.4 BHJ PSCs的重要性能参数16-17
• 1.4.1 开路电压 (V_(oc))16-17
• 1.4.2 短路电流 (J_(sc))17
• 1.4.3 填充因子 (FF)17
• 1.4.4 能量转换效率 (PCE)17
• 1.5 BHJ PSCs的给体材料和受体材料17-21
• 1.6 论文的设计思想和主要研究内容21-22
• 第二章 基于卟啉与吡咯并吡咯二酮的D-π-A型聚合物的合成及性能研究22-38
• 2.1 前言22-23
• 2.2 实验研究部分23-29
• 2.2.1 试剂、药品及测试条件23
• 2.2.2 单体及共聚物的合成23-29
• 2.3 结果与讨论29-36
• 2.3.1 单体和聚合物的合成与表征29
• 2.3.2 P(LX-BT-DPPn)系列聚合物的热稳定性29-30
• 2.3.3 P(LX-BT-DPPn)系列聚合物的光物理性质30-32
• 2.3.4 P(LX-BT-DPPn)系列聚合物的电化学性能32-34
• 2.3.5 P(LX-BT-DPPn)系列聚合物的表面形貌34
• 2.3.6 P(LX-BT-DPPn)系列聚合物的光伏性能34-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第三章 基于 5-( 2,5-二溴噻吩基)-10,15,20-三（4-正辛基噻吩基) 卟啉的共聚物的合成及性能研究38-52
• 3.1 前言38-39
• 3.2 实验部分39-44
• 3.2.1 试剂、药品及测试方法39
• 3.2.2 单体和共聚物的合成39-44
• 3.3 结果与讨论44-51
• 3.3.1 P(LG-BT-DPPn)系列聚合物的合成与表征44-45
• 3.3.2 P(LG-BT-DPPn)系列聚合物的热稳定性45
• 3.3.3 P(LG-BT-DPPn)系列聚合物的光物理性质45-47
• 3.3.4 P(LG-BT-DPPn)系列聚合物的电化学性能47-49
• 3.3.5 P(LG-BT-DPPn)系列聚合物的表面形貌49
• 3.3.6 P(LG-BT-DPPn)系列聚合物的光伏性能49-51
• 3.4 本章小结51-52
• 总结与展望52-53
• 参考文献53-58
• 致谢58-59
• 附录A 所有试剂及其纯化处理方法59-61
• 附录B 仪器设备及测试条件61-62
• 在校期间发表的论文情况62

  本文关键词：基于卟啉衍生物与吡咯并吡咯二酮的有机光伏材料的合成及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：441621