基于吡啶作为桥接单元的1,4-二酮吡咯并吡咯共轭聚合物的合成及光电性能

发布时间：2017-10-24 16:09

  本文关键词：基于吡啶作为桥接单元的1,4-二酮吡咯并吡咯共轭聚合物的合成及光电性能

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【摘要】：可溶液加工的π共轭聚合物因其具有成本低廉、质量轻、可制备大面积器件、柔性器件等突出特性,成为近年来人们的研究热点。通过合理设计分子结构来调控和改善其光学性质,前线分子轨道能级、薄膜表面形貌、载流子迁移率等,以期望获得性能优异的有机光电功能材料。其中,以电子给体-受体(D-A)交替结构的窄带隙共轭聚合物成为合成设计的重点。吡咯并吡咯二酮(DPP)具有强的吸电子特性、良好的平面结构及高的载流子迁移率;此外,吡咯并吡咯二酮可以在3,6位引入不同的芳香基团进行化学修饰,以此调节基于DPP共轭聚合物的吸收光谱及HOMO/LUMO能级。因此,本论文设计合成了一系列基于DPP的新型共轭聚合物,应用于聚合物太阳电池及聚合物场效应晶体管的研究中。本文第二章,通过Stille偶联合成了基于DPP和(E)-1,2-二(噻吩-2-基)乙烯的共轭聚合物PTDPP-Ph和PTDPP-Py,引入苯基或2-吡啶基作为桥接单元。将两种聚合物作为给体材料分别与PC61BM共混作为活性层,制备本体异质结太阳电池,聚合物PTDPP-Ph的开路电压、短路电流、填充因子、能量转换效率分别为0.95 V、5.20 mA cm-2,50.78%,2.51%;聚合物PTDPP-Py的开路电压、短路电流、填充因子、能量转换效率分别为0.70 V、8.80 mA cm-2,52.93%,3.26%。本文第三章,通过Stille偶联合成了基于DPP和2,5-二(3-己基噻吩-2-基)噻吩并[3,2-b]噻吩的区域异构共轭聚合物d-PDBPy和p-PDBPy。通过改变桥接单元吡啶基在聚合物链中的取向,聚合物的空间结构、光学性质、HOMO/LUMO能级发生明显的变化。以聚合物d-PDBPy和p-PDBPy作为活性层,制备底栅极/顶接触结构的有机场效应晶体管(OFETs)器件,其空穴迁移率分别为3.2×10-4 cm~2V~(-1) s~(-1),0.35 cm~2V~(-1) s~(-1)。本文第四章,以2-吡啶基取代的DPP为受体单元,延长聚合物链中给体单元的共轭长度,合成了聚合物PDBPy-T、PDBPy-TT、PDBPy-DTT。将三种聚合物作活性层,制备底栅极/顶接触结构的有机场效应晶体管(OFETs)器件,聚合物PDBPy-T、PDBPy-TT、PDBPy-DTT的空穴迁移率分别为3.0×10-4 cm~2V~(-1) s~(-1),3.1×10-3 cm~2V~(-1) s~(-1),3.0×10-5 cm~2V~(-1)s~(-1)。
【关键词】：共轭聚合物 吡咯并吡咯二酮 聚合物太阳电池 有机场效应晶体管
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O633.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 引言11
• 1.2 聚合物太阳电池11-15
• 1.2.1 聚合物太阳电池的研究意义及进程11
• 1.2.2 聚合物太阳电池的工作机理及器件结构11-14
• 1.2.3 聚合物太阳电池的性能参数14-15
• 1.3 聚合物场效应晶体管15-16
• 1.3.1 聚合物场效应晶体管的研究意义及进程15
• 1.3.2 聚合物场效应晶体管的器件结构和工作原理15-16
• 1.3.3 聚合物场效应晶体管的性能指标16
• 1.4 DPP在有机半导体材料方面的应用16-27
• 1.4.1 基于DPP的共轭聚合物在太阳能电池方面的应用17-24
• 1.4.2 基于DPP的共轭聚合物在场效应晶体管方面的应用24-27
• 1.5 本论文的研究内容及创新之处27-29
• 1.5.1 本论文的研究内容27-28
• 1.5.2 本论文的创新之处28-29
• 第二章 2-吡啶基取代苯基对吡咯并吡咯二酮共轭聚合物的光电性能影响29-44
• 2.1 引言29
• 2.2 实验部分29-35
• 2.2.1 原料和试剂29-30
• 2.2.2 表征仪器和设备30-31
• 2.2.3 聚合物太阳电池器件的制备31
• 2.2.4 聚合物场效应晶体管器件的制备31
• 2.2.5 单体及聚合物的设计合成31-35
• 2.3 结果与讨论35-43
• 2.3.1 聚合物的合成与表征35-36
• 2.3.2 聚合物的热稳定性能36
• 2.3.3 聚合物的光物理性能36-37
• 2.3.4 聚合物的电化学性能37-38
• 2.3.5 聚合物的理论计算38-39
• 2.3.6 聚合物的场效应性能研究39-40
• 2.3.7 聚合物的光伏性能40-42
• 2.3.8 聚合物与PC61BM的共混形貌分析42-43
• 2.4 本章小节43-44
• 第三章 吡啶基取向对吡咯并吡咯二酮共轭聚合物的光电性能影响44-59
• 3.1 引言44
• 3.2 实验部分44-50
• 3.2.1 原料和试剂44-45
• 3.2.2 表征仪器和设备45
• 3.2.3 聚合物场效应晶体管器件的制备45-46
• 3.2.4 单体及聚合物的设计合成46-50
• 3.3 结果与讨论50-58
• 3.3.1 聚合物的合成与表征50-51
• 3.3.2 聚合物的热稳定性能51
• 3.3.3 聚合物的光物理性能51-52
• 3.3.4 聚合物的电化学性能52-53
• 3.3.5 聚合物的理论计算53-54
• 3.3.6 聚合物的场效应性能54-57
• 3.3.7 聚合物的表面形貌分析57-58
• 3.4 本章小节58-59
• 第四章 给体单元共轭长度的控制对DPP共轭聚合物光电性能的影响59-68
• 4.1 引言59
• 4.2 实验部分59-62
• 4.2.1 原料和试剂59-60
• 4.2.2 表征仪器和设备60
• 4.2.3 聚合物场效应晶体管器件的制备60
• 4.2.4 单体及聚合物的设计合成60-62
• 4.3 结果与讨论62-67
• 4.3.1 聚合物的合成与表征62
• 4.3.2 聚合物的热稳定性能62
• 4.3.3 聚合物的光物理性能62-63
• 4.3.4 聚合物的电化学性能63-64
• 4.3.5 聚合物的理论计算64-65
• 4.3.6 聚合物的场效应性能65-67
• 4.4 本章小节67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-78
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果78-79
• 致谢79-80
• 答辩委员会对论文的评定意见80

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本文编号：1089509