可交联苯并二噻吩基窄带隙共轭聚合物的合成与表征

发布时间：2020-11-02 18:33

　　 随着环境污染日益严重,绿色清洁的太阳能源的相关研究成为当下的研究热点,其中太阳能电池的研究受到科研界的青睐。传统的无机太阳能电池存在制备工艺复杂、成本高、难以大面积制备器件等缺点。而聚合物太阳能电池(PSCs)以质轻、制备过程相对简单、柔性好可大面积制备器件等优点,成为当下研究的热点之一。经过近几年的快速发展,聚合物太阳能电池光电转换效率已突破14%,展现出优异的应用潜力。本论文以侧链含烯键的苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩基作为富电子单元,合成可交联聚合物,以二噻并[2,3-d:2',3'-d']苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(DTBDT)基为给电子单元,合成四种无规聚合物。研究这些聚合物给体材料作聚合物太阳能电池的活性层,其热稳定性、吸光能力、成膜性、能级结构、聚集行为、交联聚合物特性、活性层形貌和光伏器件性能等。第二章,将已合成的单体2,6-二(三甲基锡)-4,8-双[4-辛基-5-(7-辛烯基)-噻吩-2-基]苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩和1,3-双(5-溴-噻吩-2-基)-5,7-双(2-乙基己基)苯并[1,2-c:4,5-c']二噻吩-4,8-二酮(T1Br2)利用Stille偶联反应合成含双键的聚合物给体材料PCL-TI。在含双键的聚合物PCL-T1侧链引入可交联基团1,8-辛二硫醇(ODT),其薄膜在紫外光照下,形成具有更佳的网络互穿架构和很好的耐溶剂性的交联聚合物。聚合物PCL-T1其光学带隙(Eg)为1.90 e V,最高分子占有轨道能级(EHOMO)为-5.52 e V,最低分子未占有轨道能级(ELUMO)为-3.62 e V。以聚合物PCL-T1为给体材料,PC71BM作为受体材料,且PCL-T1与PC71BM质量比为1:1.5时器件能量转换效率(PCE)最优为1.53%。将PCL-T1、ODT与PC71BM质量比为1:1:1.5混合并将其紫外光照下交联后作光敏活性层,其PCE为1.27%。第三章,将单体2,6-二(三甲基锡)-4,8-双[4-辛基-5-(7-辛烯基)-噻吩-2-基]苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩分别与4,9-双[5-溴-4-(2-乙基己基)噻吩-2-基]萘并[1,2-c:5,6-c']双[1,2,5]噻二唑(DTNTBr2)、4,6-二溴-3-氟-噻并[3,4-b]噻吩-2-羧酸-(2-乙基己基)酯(FTTBr2)通过Stille偶联反应合成含双键的聚合物给体材料。聚合物PCL-DTNT和PCL-FTT的Eg分别为1.61 e V、1.68 e V,EHOMO分别为-5.15 e V、-5.43 e V,ELUMO分别为-3.54 e V、-3.75e V。均以PC71BM作为受体材料,PCL-DTNT与PC71BM质量比为1:1时器件PCE最优为4.08%,将PCL-DTNT、ODT与PC71BM质量比为1:1:1混合并将其紫外光照下交联后作光敏活性层,其PCE为3.67%;PCL-FTT与PC71BM质量比为1:1时器件PCE最优为1.41%,将PCL-FTT、ODT与PC71BM质量比为1:5:1混合并将其紫外光照下交联后作光敏活性层,其PCE为0.41%。第四章,本课题组之前已经研究过不含烷基噻吩、含两个烷基噻吩的聚合物的性能,为了系统的研究引入不同数量的烷基噻吩对聚合物性能的影响,本章设计合成了含一个烷基噻吩的无规聚合物PDTBDT-SBT,PDTBDT-SBTEH,PDTBDT-SFBT和PDTBDTSFBTEH。进一步详细分析烷基噻吩的引入对热稳定性、聚合物的能级、吸光能力、聚集行为、光稳定性和光伏性能等的影响,得到最优的能量转换效率可达6.7%。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O633.5;TM914.4
【部分图文】：

可交联苯并二噻吩基窄带隙共轭聚合物的合成及表征分子 D-A 结器件结构[16](如图 1.1(d))是将具有电子给体性质的单元以共价键方受体聚合物或者小分子上，这种材料为 D-A 结材料，以该材料作为器件活性层器件。这种材料分子内同时存在给体和受体而形成化学势梯度，进而促进分子离，驱动电荷迁移[17-18]。

-2-图 1.2 聚合物太阳能电池工作原理示意图[19]聚合物太阳能电池工作原理[19-21]如图 1.2 所示，其光伏效应的过程主要分为四个阶段：①光吸收产生激子：给体材料吸收光，其分子由基态跃迁至激发态，形成激子；②

兰州交通大学硕士学位论文的中性激子扩散至给体和受体界面处；③激子解离：激，电子从给体 LUMO 能级转移至受体 LUMO 能级，形复合物中的电子空穴解离为阳离子载流子和阴离子载流载流子和阴离子载流子分别输运至阳极和阴极附近，电物太阳能电池性能的主要参数能电池在光照下的 J-V 曲线如图 1.3 所示，从图中可以性能的主要参数：开路电压(VOC)、短路电流密度(JSC)
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本文编号：2867414