基于吩噻嗪和三苯胺的太阳能电池材料的设计合成与性能研究

【摘要】：随着经济的快速发展,能源危机日益严重,所以清洁的可再生能源逐渐成为人们研究的重点。而太阳能由于其取之不尽、用之不竭一直以来都是人们研究的热点。目前研究最多的是具有给体单元(Donor)-受体单元(Acceptor)共轭结构的有机太阳能电池材料,这种D-A型结构能够降低材料的禁带宽度进而拓宽材料的吸收光谱。本文成功构建了一系列新型具有D-A型结构的共轭聚合物和小分子材料,它们的化学结构通过核磁共振得到确认,分子量通过凝胶色谱法(GPC)测得,此外,还对这些光伏材料的热性质、光学性能和电化学等性能进行了研究。(1)设计并合成了含吩噻嗪结构的双溴化合物、苯并噁二唑双溴化合物、苯并噻二唑双溴化合物和含苯并二噻吩的双锡化合物。以苯并噁二唑双溴化合物、含吩噻嗪的双溴化合物按不同比例(5:1、3:1、1:1、1:3、1:5)和双锡化合物进行共聚得聚合物P1、P2、P3、P4和P5;以苯并噻二唑双溴化合物、含吩噻嗪的双溴化合物按不同比例(5:1、3:1、1:1、1:3、1:5)和双锡化合物进行共聚得聚合物P6、P7、P8、P9和P10。热稳定性研究表明,这几个聚合物都具有较好的热稳定性,都达到了制备成聚合物太阳能电池器件的条件;光物理性质研究表明,这几个聚合物的吸收范围比较宽;电化学性质研究表明,这几个聚合物能带隙都比较低,与光学能带隙相差不大,同时也实现了通过控制各单元之间的比例来调节聚合物的能带隙和吸收光谱范围这一目的。(2)设计并合成了以光电性能优异的吩噻嗪为给电子单元,吸电子能力较强的丙二腈、2-乙基己基氰基乙酸酯、和3-乙基绕丹宁作吸电子单元构建了3种新型的D-A型结构的有机小分子给体材料。通过测试这些小分子的紫外可见吸收光谱、循环伏安、荧光光谱和热稳定性,得知这类小分子的吸收光谱比较宽、氧化还原电势比较低并且具有较好的热稳定性。(3)设计并合成了基于带三苯胺侧链的苯并噻二唑衍生物与二噻吩并噻咯、二噻吩并吡咯、二噻吩并环戊二烯、芴和苯并二噻吩衍生物等的共聚物。对这些聚合物进行紫外可见吸收光谱、循环伏安、荧光光谱和热稳定性等一系列表征,结果表明这些聚合物都具有较高的热分解温度,吸收光谱比较宽,基本覆盖了整个可见光区。 【关键词】：有机太阳能电池 共聚物 有机小分子 低能带隙 吩噻嗪 三苯胺
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-28
• 1.1 引言9
• 1.2 有机太阳能电池的研究进展9-10
• 1.3 有机太阳能电池基本原理10-11
• 1.4 有机太阳能电池的性能参数11-12
• 1.5 有机光伏器件的类型12-13
• 1.6 有机聚合物太阳能电池活性层材料13-21
• 1.6.1 聚合物受体材料13-15
• 1.6.2 聚合物给体材料15-21
• 1.7 有机小分子太阳能电池活性层材料21-26
• 1.7.1 有机小分子给体材料21-25
• 1.7.2 有机小分子受体材料25-26
• 1.8 论文的研究内容和创新点26-28
• 1.8.1 研究内容26-27
• 1.8.2 创新点27-28
• 第2章 含吩噻嗪共聚物的合成与表征28-44
• 2.1 引言28
• 2.2 实验部分28-37
• 2.2.1 试剂及测试28
• 2.2.2 单体和聚合物的合成28-37
• 2.3 结果与讨论37-43
• 2.3.1 单体和聚合物的合成37-38
• 2.3.2 热稳定分析38-39
• 2.3.3 紫外-可见吸收光谱39-40
• 2.3.4 循环伏安分析40-42
• 2.3.5 荧光分析42-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第3章 含吩噻嗪的D-A型小分子材料的合成与表征44-52
• 3.1 引言44
• 3.2 实验部分44-48
• 3.2.1 试剂及测试44
• 3.2.2 单体和聚合物的合成44-48
• 3.3 结果与讨论48-51
• 3.3.1 热稳定性分析48
• 3.3.2 紫外-可见吸收光谱48-49
• 3.3.3 循环伏安分析49-51
• 3.3.4 荧光分析51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 含侧链三苯胺共聚物的合成与表征52-71
• 4.1 引言52
• 4.2 实验部分52-65
• 4.2.1 试剂及测试52
• 4.2.2 单体和聚合物的合成52-65
• 4.3 结果与讨论65-69
• 4.3.1 单体和聚合物的合成65-66
• 4.3.2 热稳定分析66-67
• 4.3.3 紫外-可见吸收光谱67-68
• 4.3.4 循环伏安分析68-69
• 4.4 本章小结69-71
• 第5章 总结与展望71-73
• 5.1 总结71-72
• 5.2 展望72-73
• 参考文献73-80
• 攻读硕士研究生期间发表论文80-81
• 致谢81-82
• 附录1 实验所用试剂及其纯化方法82-85
• 附录2 实验所用仪器及检测仪器85-86
• 附录3 单体和聚合物的核磁谱图86-122

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