窄带隙D-A型有机共轭聚合物材料的设计、合成及光伏性能研究

发布时间：2017-08-02 08:19

  本文关键词：窄带隙D-A型有机共轭聚合物材料的设计、合成及光伏性能研究

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【摘要】：近年来,能源的消耗量越来越大,新能源就成了全球关注的焦点,其中太阳能最为热门,目前无机硅太阳能电池产业化较多,但其存在一些原料昂贵,质量大,污染严重等缺点,有机聚合物太阳能电池因其成本低,质量轻,可做柔性器件等优点引起科学家的关注。本文围绕D-A型共轭聚合物材料,设计合成一系列新型的D-A给体材料,并对这些聚合物做一些性能表征测试,如:电化学,紫外光谱,热稳定性以及光伏性能的研究,并有了初步的结果,各章的主要内容如下:设计合成一种新型构建D-A结构富电子中间体TI单元,以DTBT及其衍生物为受体,设计合成了3种D-A型共聚物,P1,P2,P3,TI结构的共聚有着较宽的吸收,薄膜的吸收范围是350-700 nm,窄带隙的材料可以吸收更多的太阳能。其中器件效率最高的是P3:PC71BM,效率达到2.73%,同时有着较高的迁移率2.84×10 5 cm2 V?1 s?1。把柔性烷基链换成C24支链,增加给体和受体之间的桥联基团噻吩的个数,以BT为受体,设计合成三种D-A型共聚物,即聚合物PTIBT,PTITBT和PTIDTBT,结果表明效率最高的是给受体之间增加一个噻吩基团的时候,即聚合物PTITBT,PCE为5.83%,VOC=0.69 V,JSC=13.92 mA/cm2,FF=61.8%,通过研究,发现这类材料的吸收较宽,即带隙较窄,能级适中,热稳定性也较好,TI结构是一种新的给电子单元,是一种理想的可以用来构建D-A共轭单元的材料。将咔唑引入到梯形低聚亚苯烯结构中,设计合成了一种以DTBT为受体的D-A共聚物,并对其进行了一些测试,如紫外,电化学,并初步应用到有机太阳能电池中,虽然其效率不是很高,但是聚合物本身的分子量较大,吸收较宽,稳定性好,同样是一种优异的有机半导体材料。后期器件的优化还在进一步的实验探索中。
【关键词】：有机太阳能电池 给体材料 D-A结构 TI结构单元
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631.2;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 引言9-10
• 1.2 有机太阳能电池的工作原理及性能参数10-11
• 1.3 有机太阳能电池的器件结构11-14
• 1.3.1 单层结构11-12
• 1.3.2 双层结构12-13
• 1.3.3 本体异质结构13
• 1.3.4 叠层结构13-14
• 1.3.5 反向（倒置）结构14
• 1.4 有机太阳能电池材料14-23
• 1.4.1 有机太阳能电池给体材料14-21
• 1.4.2 有机太阳能电池受体材料21-23
• 1.5 有机太阳能电池给体材料的设计原则23-24
• 1.6 论文的主要内容及意义24-25
• 第二章 基于噻吩并吲哚和BT衍生物的D-A共聚物的设计、合成表征及侧链对光伏性能影响25-38
• 2.1 分子设计25-26
• 2.2 实验部分26-31
• 2.2.1 试剂与仪器26
• 2.2.2 化合物的合成26-31
• 2.2.3 化合物的性质表征测试31
• 2.3 结果与讨论31-37
• 2.3.1 聚合物合成方法讨论31-32
• 2.3.2 聚合物热稳定性研究32-33
• 2.3.3 聚合物紫外光谱性质研究33-34
• 2.3.4 聚合物电化学性质研究34-35
• 2.3.5 聚合物理论计算35
• 2.3.6 光伏性能研究35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 基于噻吩并吲哚与BT的D-A型高效率太阳能电池共聚物设计、合成及性能研究38-50
• 3.1 分子设计38-39
• 3.2 实验部分39-42
• 3.2.1 试剂与仪器39
• 3.2.2 化合物的合成39-42
• 3.3 结果与讨论42-48
• 3.3.1 聚合物合成及测试方法讨论42
• 3.3.2 聚合物热稳定性研究42-43
• 3.3.3 聚合物紫外光谱性质研究43-44
• 3.3.4 聚合物电化学性质研究44-45
• 3.3.5 聚合物理论计算45-46
• 3.3.6 光伏性能研究46-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 基于七环并苯与DTBT的D-A型共聚物设计、合成及性能研究50-56
• 4.1 分子设计50
• 4.2 实验部分50-53
• 4.2.1 试剂与仪器50-51
• 4.2.2 化合物的合成51-53
• 4.3 结果与讨论53-55
• 4.3.1 聚合物合成方法讨论53
• 4.3.2 聚合物紫外光谱性质研究53-54
• 4.3.3 聚合物电化学性质研究54
• 4.3.4 聚合物光伏性能研究54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 总结与展望56-58
• 5.1 总结56
• 5.2 展望56-58
• 参考文献58-63
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文63-64
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利64-65
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目65-66
• 致谢66

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