基于苯并二噻吩和萘的共轭聚合物的合成及光伏性能研究

发布时间：2017-10-08 19:25

  本文关键词：基于苯并二噻吩和萘的共轭聚合物的合成及光伏性能研究

  更多相关文章： 有机太阳能电池 硫烷基噻吩 共轭聚合物 非共价键 光伏性能

【摘要】：太阳能作为地球上最丰富的可再生能源,现阶段其被人类开发和利用仍较低。当前对太阳能的利用研究主要集中在无机太阳能电池上,而有机太阳能电池尚未被大规模利用,因而开发利用有机太阳能电池具有广阔的应用前景。同有机太阳能电池相比,无机太阳能电池以硅太阳能电池为主。无机太阳能电池能够吸收很大部分的太阳光,光电转换效率较高。然而其生产成本较高,且易对环境造成污染,限制了它的应用。因而,人们迫切需要开发成本低廉,种类较多,且无污染的新型太阳能电池材料。有机太阳能电池恰好具备这些要素,因而受到了研究者们的关注和青睐。聚合物太阳能电池是有机太阳能电池中最重要的类别之一。研究者们主要从电池材料的吸收光谱、电荷传输性能、分子轨道能级及溶解性,稳定性等方面对这些材料进行研究和探讨。为了提高光电转换效率,本论文合成了一系列的聚合物太阳能电池材料,并对其光电性质和光伏性能进行了研究,主要研究结果如下:1.设计并合成了四个基于给电子单元硫烷基噻吩取代的苯并二噻吩(BDTS)和不同的受电子单元的窄^/隙D-A共轭聚合物PBDTSFBT,PBDTS-DTFBT,PBDTS-TPD和PBDTS-DPP。重点研究了受电子单元对共聚物的光物理、电化学、前线分子轨道能级和光伏性能方面的影响。基于BDTS的共聚物具有良好的溶解性和热稳定性、窄的^/隙(1.45-1.88 e V)、深的HOMO能级(5.30-5.51 e V)和高的空穴迁移率(1.14×10-3-1.72×10-2 cm2 V-1 s-1)。通过添加剂DIO和极性溶剂甲醇来优化光伏器件。基于共聚物PBDTS-DTFBT/PC70BM的光伏器件表现出最佳的光电转换效率(PCE)为3.19%,相应的Voc为0.83 V,Jsc为8.27 m A/cm2,FF为46.42%。2.设计合成了以烷氧基萘和烷氧基噻吩为给电子单元与含有噻吩π桥的氟代苯并噻二唑为受电子单元的共轭聚合物PN-DTff BT和PT-DTff BT。研究非共价键对共聚物的紫外吸收光谱,轨道能级以及光伏器件方面的影响。由于共聚度不够高,导致共聚物在器件制作过程中成膜性较差,对光伏器件的测试产生不利影响,基于PN-DTff BT和PT-DTff BT光伏器件的PCE只有0.08%和0.11%。
【关键词】：有机太阳能电池 硫烷基噻吩 共轭聚合物 非共价键 光伏性能
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4;O631
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 文献综述9-24
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 聚合物太阳能电池的简要介绍10-12
• 1.2.1 聚合物太阳能电池的器件结构类型10-11
• 1.2.2 聚合物太阳能电池工作原理11
• 1.2.3 聚合物太阳能电池的表征和性能参数11-12
• 1.3 聚合物太阳能电池给体材料的研究进展12-23
• 1.3.1 基于噻吩类的共聚物13-14
• 1.3.2 基于芴、咔唑单元的共聚物14-17
• 1.3.3 基于苯并二噻吩的共聚物17-21
• 1.3.4 基于萘类衍生物的共聚物21-23
• 1.4 本文的设计思想和主要研究内容23-24
• 第2章 含硫烷基噻吩侧链的苯并二噻吩的D-A型共聚物的合成及其光伏性能的研究24-41
• 2.1 引言24-25
• 2.2 实验部分25-28
• 2.2.1 试剂及测量方法25
• 2.2.2 单体和聚合物的合成25-28
• 2.3 结果与讨论28-40
• 2.3.1 共聚物的合成与结构表征28-29
• 2.3.2 光物理性质29-32
• 2.3.3 电化学性质32-33
• 2.3.4 理论计算33-34
• 2.3.5 光伏性质34-38
• 2.3.6 形态学研究38-39
• 2.3.7 空穴迁移率39-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第3章 含烷氧基萘和烷氧基噻吩的D-A共轭聚合物的合成与光伏性能研究41-50
• 3.1 引言41-42
• 3.2 实验部分42-44
• 3.2.1 试剂及测量方法42
• 3.2.2 单体和聚合物的合成42-44
• 3.3 结果与讨论44-49
• 3.3.1 材料的合成与结构表征44-45
• 3.3.2 光物理性质45-47
• 3.3.3 电化学性质47-48
• 3.3.4 光伏性质48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 总结与展望50-52
• 参考文献52-63
• 附录Ⅰ 试剂、药品及纯化方法63-64
• 附录Ⅱ 仪器使用及分析手段和测试方法64-66
• 致谢66-67
• 硕士期间的主要科研成果67

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘海鹏,曾繁涤,刘世俊;共轭聚合物的电致发光[J];武汉化工学院学报;2001年04期

2 朱小龙,梁会琴;计算线性共轭聚合物能谱的群论方法[J];洛阳师范学院学报;2005年02期

3 张璐;封伟;;树枝状共轭聚合物研究[J];化学进展;2007年Z1期

4 刘中义;李彦军;黄鹏程;;一种新型低带隙共轭聚合物的合成及其光学性质[J];化学学报;2008年08期

5 张子印;刘彩霞;宋微娜;殷德刚;司马义·努尔拉;;分子内电荷移动型共轭聚合物的固相法制备及表征[J];高分子材料科学与工程;2009年03期

6 支俊格;徐秀玲;申进波;赵玮;佟斌;董宇平;;荧光共轭聚合物在生物大分子检测中的应用[J];化学进展;2009年04期

7 贺芳;王树;;基于水溶性共轭聚合物的蛋白质检测[J];化学进展;2009年11期

8 陈涛;徐慎刚;王艳荣;曹少魁;;含金属配合物的共轭聚合物研究进展[J];高分子通报;2010年02期

9 苗丽坤;刘兴奋;范曲立;黄维;;基于荧光共轭聚合物的金属离子检测[J];化学进展;2010年12期

10 徐巍栋;赖文勇;范曲立;黄维;;水溶性共轭聚合物研究与应用进展[J];中国科学:化学;2011年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 黄维;;水溶性共轭聚合物的合成及其在化学生物传感领域的应用[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

2 区洁美;胡成龙;陈旭东;;表面增强荧光光谱研究共轭聚合物的发光及其影响机制[A];中国化学会第28届学术年会第18分会场摘要集[C];2012年

3 唐艳丽;曹阿丽;刘越;;共轭聚合物的设计合成及在酶检测、可控杀菌等方面的应用[A];第十三届全国光化学学术讨论会论文集[C];2013年

4 田文晶;李耀文;薛丽丽;李慧;李在房;;给受体共轭聚合物的能级、分子结构设计及其在光伏电池的应用[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2009年

5 王树;;共轭聚合物的生物识别与传感研究[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（下册）[C];2009年

6 马於光;;共轭聚合物的物性放大效应[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（下册）[C];2009年

7 胡玉琴;肖毅;黄红梅;尹笃林;肖小明;;新型荧光共轭聚合物的合成及光学性能的研究[A];第十届中国化学会分析化学年会暨第十届全国原子光谱学术会议论文摘要集[C];2009年

8 陈仕艳;应燕君;王华平;;新型给受体结构的共轭聚合物的合成及光电性能[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年

9 于宗强;袁柱良;谭松庭;;一种新型含芴和联苯共轭聚合物的合成与发光性能研究(英文)[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

10 路胜利;曹镛;;新型乙烯撑和乙炔撑给体与受体交替共轭聚合物的光伏性能研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（下册）[C];2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 孙江曼;具有深HOMO能级的共轭聚合物的设计合成与光电性能的研究[D];华南理工大学;2015年

2 陈圳辉;基于含氧族杂原子的苯并二唑的D-A型共轭聚合物的合成与光电性能[D];华南理工大学;2015年

3 周常明;新型功能分子与组装单元的制备与组装[D];复旦大学;2013年

4 刘春晨;带有可热脱除侧链的共轭聚合物/小分子的设计、合成及性能研究[D];华南理工大学;2015年

5 郑超;共轭聚合物杂原子修饰、构象控制及光电性质的理论与实验研究[D];南京邮电大学;2014年

6 张余宝;含氯共轭聚合物及氮杂并苯类分子的合成与表征[D];华中科技大学;2015年

7 姚诗余;基于溶于绿色溶剂的共轭聚合物材料的太阳能电池研究[D];吉林大学;2016年

8 吴志鸿;新型共轭聚合物的设计与合成及其在聚合物太阳电池中的应用[D];华南理工大学;2016年

9 杲辰;基于六苯并晕苯的共轭聚合物的分子设计、合成及其光伏性能表征[D];北京化工大学;2016年

10 曾文南;聚芳烃二炔类水溶性共轭聚合物的合成及其在传感器中的应用研究[D];华南理工大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 曾伟锋;共轭聚合物荧光传感器的合成与性能[D];华南理工大学;2015年

2 袁雪;含吩噻嗪、喹啉结构的共轭聚合物的合成与性能研究[D];华南理工大学;2015年

3 杨晓磊;共轭聚合物分子的电子输运性质[D];河北师范大学;2015年

4 魏双花;D-A型共轭聚合物的取向调控[D];苏州大学;2015年

5 曾涔;近红外有机电致发光材料的合成与表征[D];郑州大学;2015年

6 罗联源;D-A型窄带隙共轭聚合物的合成及其光伏性能研究[D];福建师范大学;2015年

7 曾惠卷;基于苯并咪唑类铱配合物的共轭聚合物的制备与性能研究[D];福建师范大学;2015年

8 梁露英;基于噻吩并吡嗪的D-A共聚物的合成及光电性能研究[D];福建师范大学;2015年

9 孙晓环;两种新型寡聚苯乙炔衍生物设计合成、荧光行为与传感应用[D];陕西师范大学;2015年

10 汪纯;基于共轭聚合物的腺苷脱氨酶灵敏检测研究[D];陕西师范大学;2015年

，

本文编号：995842