聚噻吩衍生物的电化学合成及其应用研究

发布时间：2017-03-19 13:00

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【摘要】： 聚噻吩及其衍生物是一类重要的导电聚合物,它们具有优良的电化学活性、环境稳定性以及可加工性,被广泛应用于电学、光学等领域。电化学聚合是制备导电聚合物膜的重要方法,反应主要是在有机溶剂或水溶液中进行,三氟化硼乙醚电解质溶液能够降低一些芳香族单体的氧化电位并获得高质量的聚合物膜,因而得到广泛应用。本论文在三氟化硼乙醚电解质体系中对几种聚噻吩衍生物进行电化学聚合,将得到的聚合物膜直接制备成结构为ITO/PTh/ZnO: MDMO-PPV/Al的有机-无机异质结太阳电池器件并做了相关测试与研究,得到如下结果: 1.在三氟化硼乙醚电解质溶液中,以ITO玻璃为工作电极,对3,4-二氧乙基噻吩、噻吩、3-甲基噻吩和3-己基噻吩单体实现了电化学聚合,得到具有电化学活性和稳定性且表面形貌较好的聚合物薄膜,并成功地将上述聚合物膜直接用于制备有机-无机异质结太阳电池器件。结果表明,对于这几种聚合物薄膜,在相同的反应条件下,聚(3,4-二氧乙基噻吩)(PEDOT)膜制备的太阳电池表现出的综合性能最好,得到的能量转换效率最高,其次是聚(3-甲基噻吩)(P3MT)和聚噻吩(PTh),而P3HT制备的太阳电池器件的性能较差。 2.研究了聚苯乙烯磺酸钠对电化学生成的聚合物膜制成的太阳电池性能的影响。实验结果表明,在三氟化硼乙醚电解质溶液中加入聚苯乙烯磺酸钠,电化学聚合生成的聚合物膜制备的太阳电池器件的光电性能都能得到不同幅度的提高,尤其是PEDOT膜和P3HT膜,对应的太阳电池的能量转换效率都得到数量级的提高,分别由0.011%和0.0003%提高至0.33%和0.0022%;其中,PEDOT膜制备太阳电池时,随着聚苯乙烯磺酸钠浓度的增加,所制得的太阳电池的能量转换效率先增大后减小,当它的浓度为0.2 g/L时,所得的PEDOT膜制得的太阳电池的能量转换效率最大,达到0.33%。 3.将电化学聚合得到的PEDOT膜和通过传统的旋涂法制得的PEDOT: PSS膜分别做成有机-无机异质结太阳电池并进行测试比较。研究结果表明,在含有聚苯乙烯磺酸钠的三氟化硼乙醚电解质溶液中,只要当浓度大于0.1g/L时,电化学聚合的PEDOT膜制得的太阳电池的能量转换效率都要比传统的旋涂法制备的PEDOT: PSS膜制得的太阳电池的能量转换效率高,该方法为光电器件的制备提供了一条新的研究思路,具有潜在的应用价值。 4.此外,在三氟化硼乙醚电解质溶液中,成功实现了1,4-二苯氧基苯的电化学聚合,并得到聚合物的自支撑膜,聚合物的电导率在10-2 S/cm。根据量子化学计算和测试的结果,可以推断电化学反应得到的聚合物是聚(1,4-二苯氧基苯),并确定其在2位和18位的C上发生聚合,实验结果表明该聚合物是一种新的导电聚合物。
【关键词】：电化学聚合 三氟化硼乙醚 PEDOT 太阳电池 能量转换效率
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（理化技术研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：O633.5
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 第一章 前言8-46
• 1.1 导电聚合物8-16
• 1.1.1 导电聚合物概述8-10
• 1.1.2 导电聚合物的掺杂10-12
• 1.1.3 导电聚合物的导电机理12-14
• 1.1.4 导电聚合物的合成14-16
• 1.1.5 导电聚合物的应用16
• 1.2 聚噻吩类导电聚合物16-25
• 1.2.1 聚噻吩16-18
• 1.2.2 聚噻吩类衍生物18-19
• 1.2.3 聚噻吩类衍生物的聚合方法19-23
• 1.2.4 聚噻吩在三氟化硼乙醚电解质溶液中的电化学聚合23-25
• 1.3 体异质结太阳电池25-31
• 1.3.1 聚合物本体异质结太阳电池简介26-27
• 1.3.2 聚合物本体异质结太阳电池性能参数27-28
• 1.3.3 聚噻吩类导电聚合物在太阳电池器件上的应用28-31
• 1.4 论文工作的提出与主要内容31-33
• 参考文献33-46
• 第二章 实验方法46-52
• 2.1 试剂与仪器46-48
• 2.1.1 主要试剂46-47
• 2.1.2 测试仪器47-48
• 2.2 聚合物膜的制备及性能表征48-50
• 2.2.1 电化学聚合及电化学性能测试48-49
• 2.2.2 电解质溶液49
• 2.2.3 聚合物薄膜的去掺杂49-50
• 2.2.4 聚合物薄膜的电导率测试50
• 2.3 太阳电池器件的制备与测试50-52
• 2.3.1 太阳电池器件的制备50-51
• 2.3.2 太阳电池的性能测试51-52
• 第三章 聚(3,4-二氧乙基噻吩)的电化学合成及在太阳电池上的性能研究52-73
• 3.1 聚(3,4-二氧乙基噻吩)膜的电化学合成研究53-63
• 3.1.1 聚(3,4-二氧乙基噻吩)的电化学合成53-57
• 3.1.2 聚合物膜的表征测试57-63
• 3.2 太阳电池性能测试63-67
• 3.2.1 聚苯乙烯磺酸钠的含量对聚合物膜电导率的影响64
• 3.2.2 聚苯乙烯磺酸钠的含量对太阳电池性能的影响64-65
• 3.2.3 几种太阳电池性能的比较65-67
• 3.3 本章小结67-68
• 参考文献68-73
• 第四章 几种噻吩衍生物的电化学合成及在太阳电池上的性能研究73-91
• 4.1 聚噻吩的电化学合成及在太阳电池上的性能研究73-78
• 4.1.1 聚噻吩的电化学合成74-77
• 4.1.2 聚噻吩膜的表面形貌77
• 4.1.3 聚噻吩膜在太阳电池上的应用及性能研究77-78
• 4.2 聚(3-甲基噻吩)的电化学合成及在太阳电池上的性能研究78-82
• 4.2.1 聚(3-甲基噻吩)的电化学合成78-81
• 4.2.2 聚(3-甲基噻吩)膜的表面形貌81
• 4.2.3 聚(3-甲基噻吩)膜在太阳电池上的性能研究81-82
• 4.3 聚(3-己基噻吩)的电化学合成及在太阳电池上的性能研究82-86
• 4.3.1 聚(3-己基噻吩)的电化学合成82-85
• 4.3.2 聚(3-己基噻吩)膜的表面形貌85
• 4.3.3 聚(3-己基噻吩)膜在太阳电池上的性能研究85-86
• 4.4 几种聚噻吩衍生物膜制备的太阳电池器件的光电性能比较86-87
• 4.5 本章小结87-89
• 参考文献89-91
• 第五章 1,4-二苯氧基苯在三氟化硼乙醚中的电化学合成及表征91-102
• 5.1 1,4-二苯氧基苯在三氟化硼乙醚中的电化学合成92-95
• 5.2 1,4-二苯氧基苯的聚合位点和聚合机理研究95-96
• 5.3 聚合产物表征96-99
• 5.3.1 表面形貌96-97
• 5.3.2 红外光谱97-98
• 5.3.3 分子量测试98
• 5.3.4 热重分析98-99
• 5.3.5 紫外-可见光谱99
• 5.3.6 电导率测试99
• 5.4 本章小结99-100
• 参考文献100-102
• 结论102-103
• 文章 及专利103-104
• 致谢104-106

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王大刚;王雷;白晓军;李均钦;朱光明;;聚(3-烷基噻吩)的合成与应用研究进展[J];功能高分子学报;2011年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 卢亮;聚3-已基噻吩复合薄膜气体传感器的制备及特性研究[D];电子科技大学;2010年

2 周超群;聚合物碳黑薄膜的制备及气敏特性研究[D];电子科技大学;2010年

3 朱霞;聚（3-烷基噻吩）的合成、表征及应用研究[D];北京化工大学;2012年

4 王娟;几种聚噻吩衍生物的合成与表征[D];天津理工大学;2012年

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本文编号：256045