烷基噻并噻吩—二噻并苯并二噻吩共轭聚合物的合成及表征

发布时间：2017-10-02 00:21

  本文关键词：烷基噻并噻吩—二噻并苯并二噻吩共轭聚合物的合成及表征

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【摘要】：随着传统能源的逐渐枯竭,环境的日益恶化,新能源的开发利用是目前人类需要急待解决的问题。聚合物太阳能电池(PSCs)因拥有其它太阳能电池不具备的优点而成为近年来研究的热点,如价格比较低、柔性好、重量轻、易于修饰等。但聚合物太阳能电池的能量转换效率过低,因此,设计和合成性能优良的聚合物太阳能电池材料对开发和利用太阳能有非常重要的意义。本论文通过对电子给体单元苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(BDT)进行修饰,合成了新型的具有更大共轭程度的二维多环电子给体单元4,8-双[(5-丁基辛基)噻并[3,2-b]噻吩-2-基]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(BDT-TTBO)。以BDT-TTBO为给体单元,选取性能优良的电子受体单元通过Stille反应合成了一系列的Donor-Accpter(D-A)型共轭聚合物,并对其性能进行了测试。主要内容包括:1、第二章,在BDT的苯环上引入烷基噻并噻吩,合成了二维结构的BDT衍生物电子给体单元4,8-双[(5-丁基辛基)噻并[3,2-b]噻吩-2-基]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(BDT-TTBO)。并与苯并[1,2,5]噻二唑和5,6-二氟[1,2,5]苯并噻二唑通过Stille偶联反应得到两个聚合物,即PBDT-TTBO-BT和PBDT-TTBO-FBT。聚合物PBDT-TTBO-BT的光学带隙为1.69 eV,EHOMO和ELOMO分别为-5.46 eV和-3.81 eV。以PBDT-TTBO-BT为给体材料,PC_(61)BM为受体材料制备的器件的能量转换效率最高为1.19%(VOC=0.79V,J_(SC)=4.26 mA/cm~2,FF=35.40%)。通过比较发现,含有氟原子的聚合物PBDT-TTBO-FBT的光学带隙为1.70 eV,EHOMO和ELOMO分别为-5.53 eV和-3.88 eV。以PBDT-TTBO-FBT为给体材料,PC_(61)BM为受体材料制备的器件的能量转换效率最高为1.67%(VOC=0.82 V,J_(SC)=5.62 mA/cm~2,FF=36.31%)。2、第三章,合成了单体4,7-双(5-溴-2-乙基己基噻吩)苯并[1,2,5]噻二唑(DTBTEH)和4,7-双(5-溴-2-乙基己基噻吩)-5,6-二氟苯并[1,2,5]噻二唑(DTFBTEH),然后与给电子单元BDTSn-TTBO进行聚合反应,得到了两个聚合物PBDT-TTBO-DTBTEH和PBDT-TTBO-DTFBTEH。聚合物PBDT-TTBO-DTBTEH的光学带隙为1.58 eV,EHOMO和ELOMO分别为-5.45 eV和-3.80 eV。以PBDT-TTBO-DTBTEH为给体材料,PC_(61)BM为受体材料制备的器件的能量转换效率最高为2.70%(VOC=0.77 V,J_(SC)=6.62 mA/cm~2,FF=53.04%)。通过比较发现,含有氟原子的聚合物PBDT-TTBO-DTFBTEH的光学带隙为1.75 eV,EHOMO和ELOMO分别为-5.52 eV和-3.81 eV。以PBDT-TTBO-DTFBTEH为给体材料,PC_(61)BM为受体材料制备的器件的能量转换效率最高为2.81%(VOC=0.82V,J_(SC)=6.28 mA/cm~2,FF=54.52%)。3、第四章,通过Stille偶联使BDTSn-TTBO分别与4,6-二溴-2-(2-己基癸基磺酰基)-噻吩并[3,4-b]噻吩(TTS)和2,5-二己基癸基-1,4-二氧-3,6-二(5-溴噻吩)吡咯并[3,4-c]吡咯(DPP)反应得到聚合物PBDT-TTBO-TTS和PBDT-TTBO-DPP,该聚合物具有良好的热稳定性及溶解性。聚合物PBDT-TTBO-TTS和PBDT-TTBO-DPP的光学带隙分别为1.66eV、1.46 eV。HOMO能级为-5.53 eV、-5.38 eV,LUMO能级为-3.87 eV、-3.92 eV。以PBDT-TTBO-TTS为给体材料,PC_(61)BM为受体材料制备的器件的PCE达到1.07%,(J_(SC)=3.45 mA/cm~2,V_(OC)=0.95 V,FF=32.61%)。
【关键词】：太阳能电池 烷基噻并噻吩 共轭聚合物
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O633.5;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1. 绪论10-18
• 1.1 引言10
• 1.2 聚合物太阳能电池简介10-12
• 1.2.1 聚合物太阳能电池工作原理10-11
• 1.2.2 聚合物太阳能电池结构11-12
• 1.2.3 聚合物太阳能电池的性能参数12
• 1.3 聚合物太阳能电池光伏材料12-17
• 1.3.1 电子受体材料13
• 1.3.2 电子给体材料13-17
• 1.4 本论文的设计思想和内容17
• 1.5 本论文研究课题的创新性17-18
• 2 4,8-双[5-(2-丁基辛基)噻并[3,2-b]噻吩2基]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩与苯并[1,2,5]噻二唑和 5,6-二氟[1,2,5]苯并噻二唑共聚物的合成与表征18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 实验部分18-23
• 2.2.1 原料与试剂18-19
• 2.2.2 表征设备与仪器19
• 2.2.3 单体与聚合物的合成19-23
• 2.3 结果与讨论23-29
• 2.3.1 单体的表征23-24
• 2.3.2 聚合物的吸收特性24-25
• 2.3.3 共轭聚合物的电化学性质25-26
• 2.3.4 共轭聚合物的热学性质26-27
• 2.3.5 共轭聚合物的光伏性能27-29
• 2.4 本章小结29-31
• 3 4,8-双[5-(2-丁基辛基)噻并[3,2-b]噻吩2基]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩与 4,7-双(5-溴2乙基己基噻吩)苯并[1,2,5]噻二唑和 4,7-双(5-溴2乙基己基噻吩)-5,6-二氟苯并[1,2,5]噻二唑共聚物的合成与表征31-45
• 3.1 引言31
• 3.2 实验部分31-36
• 3.2.1 原料和试剂31-32
• 3.2.2 表征设备与仪器32
• 3.2.3 单体与聚合物的合成32-36
• 3.3 结果与讨论36-44
• 3.3.1 单体的表征36-39
• 3.3.2 聚合物的吸收特性39
• 3.3.3 聚合物的电化学性质39-40
• 3.3.4 聚合物的热学性能40-41
• 3.3.5 聚合物的光伏性能41-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 4,8-双[5-(2-丁基辛基)噻并[3,2-b]噻吩2基]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩与 4,6-二溴2(2-己基癸基磺酰基)-噻并[3,4-b]噻吩以及 2,5-二己基癸基-1,4-二氧-3,6-二(5-溴噻吩)吡咯并[3,4-c]吡咯共聚物的合成与表征45-54
• 4.1 引言45
• 4.2 实验部分45-48
• 4.2.1 原料与试剂45
• 4.2.2 表征设备与仪器45-46
• 4.2.3 单体与聚合物的合成46-48
• 4.3 结果与讨论48-53
• 4.3.1 单体的表征48-49
• 4.3.2 聚合物的吸收特性49-50
• 4.3.3 聚合物的电化学性质50-51
• 4.3.4 聚合物的热学性质51
• 4.3.5 共轭聚合物的光伏性能51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 结论54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 攻读学位期间的研究成果59

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本文编号：956505