D-A型共轭聚合物材料的设计和合成及其在太阳能电池中的应用

【摘要】：能源是二十一世纪人类赖以生存和发展的基本条件，是世界各国经济发展战略中颇受重视的组成部分。随着传统石化能源的日益枯竭，人们越来越渴望廉价并且环保的可再生能源技术的出现。太阳能是没有污染、没有噪声、不受地域限制、取之不尽用之不竭的清洁能源，是目前为止人类可利用的最理想的能源模式。太阳能电池是将太阳能直接转化为电能，是人们利用太阳能资源，进行存储和提供能源的有效途径之一。目前，制备高效、廉价、可大面积生产的太阳能电池，是学术界和产业界关注的焦点问题。 因此，基于有机聚合物活性材料的有机太阳能电池日益进入人们的视野，并得到了重视和发展。可溶液加工的有机共轭聚合物太阳能电池具有诸多优点，包括制造方便，装置简易，成本低廉、质量轻，可制成大面积均匀膜层，甚至可制成薄而透明的柔性太阳能电池等。 本论文涉及两个体系的研究：第一章，我们由苯并二噻吩出发，引入1-乙炔基-3,5-双（辛氧基）苯作为侧链，合成了单体4,8-双（1-乙炔基-3,5-双（辛氧基）苯）-苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩，及一系列基于该单体的聚合物。并研究了炔基的引入对该系列聚合物各项性能的影响。第二章，我们基于前人的研究，合成了4,8-双（4-乙基己氧基-苯基）-苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩，并与经典单体2-乙基己基噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸甲酯（TT）共聚得到聚合物聚{4,8-双（4-（2-乙基己氧基）-苯基-苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩-交替-2-乙基己基噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸甲酯}，将该聚合物应用于有机太阳能电池器件中，并测试了其光伏性能。 【关键词】：能源 有机太阳能电池 共轭聚合物 器件
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ317;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 引言11-36
• 1.1 有机共轭聚合物太阳能电池11-20
• 1.1.1 有机共轭聚合物太阳能电池的发展与现状11-12
• 1.1.2 有机太阳能电池的工作原理12-16
• 1.1.2.1 激子的产生——光吸收过程14
• 1.1.2.2 激子的扩散14
• 1.1.2.3 激子的解离——电荷的转移和分离14-15
• 1.1.2.4 电荷的运输和收集15-16
• 1.1.3 有机太阳能电池的器件结构16-19
• 1.1.3.1 单层器件16
• 1.1.3.2 双层异质结器件16-17
• 1.1.3.3 本体异质结器件17-18
• 1.1.3.4 分子 D-A 结器件18
• 1.1.3.5 叠层结构器件18-19
• 1.1.4 有机太阳能电池器件的重要参数19-20
• 1.2 有机太阳能电池常见活性层材料20-36
• 1.2.1 传统的共轭聚合物20-24
• 1.2.1.1 聚对苯乙炔类（PPVs）20-21
• 1.2.1.2 聚噻吩类21-24
• 1.2.2 D-A 型窄带隙共轭聚合物24-34
• 1.2.2.1 2,1,3-苯并噻二唑及其衍生物24-27
• 1.2.2.2 含酰亚胺类聚合物27-31
• 1.2.2.3 喹喔啉类聚合物31-32
• 1.2.2.4 并噻唑（TzTz）和联噻唑（BTz）类32-34
• 1.2.3 含有”醌”型结构的窄带隙共轭聚合物34-36
• 2 基于 4,8-双（1-乙炔基-3,5-双（辛氧基）苯）-苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩的单体及其聚合物的合成36-52
• 2.1 引言36-37
• 2.2 实验部分37-45
• 2.2.1 原料与试剂37
• 2.2.2 表征设备及仪器37-39
• 2.2.3 单体及聚合物的合成路线39-45
• 2.2.3.1 单体的合成路线39-43
• 2.2.3.2 聚合物的合成43-45
• 2.3 结果与讨论45-51
• 2.3.1 单体与聚合物的合成45-46
• 2.3.2 聚合物各项性能的研究46-51
• 2.3.2.1 聚合物的热分析46-47
• 2.3.2.2 聚合物的紫外吸收光谱47-49
• 2.3.2.3 聚合物的电化学测试49-50
• 2.3.2.4 聚合物 PBDTPA-TPD、PBDTPA-TT、PBDTPA-DPP(OD)的光伏性能研究50-51
• 2.4 本章小结51-52
• 3 基于 4, 8-双(4-乙基己氧基苯基）-苯并[1,2–b:4,5 -b']二噻吩的单体及其聚合物的合成52-63
• 3.1 引言52
• 3.2 实验部分52-58
• 3.2.1 原料与试剂52-53
• 3.2.2 表征设备及仪器53-55
• 3.2.3 单体及聚合物的合成路线55-58
• 3.3 结果与讨论58-62
• 3.3.1 单体与聚合物的合成58
• 3.3.2 聚合物 PBDTOP-TT 的各项性能研究58-62
• 3.3.2.1 聚合物 PBDTOP-TT 的热分析58-59
• 3.3.2.2 聚合物 PBDTOP-TT 的紫外吸收光谱59-60
• 3.3.2.3 聚合物 PBDTOP-TT 的电化学测试60
• 3.3.2.4 聚合物 PBDTOP-TT 的光伏性能研究60-62
• 3.4 本章小结62-63
• 4 结论63-64
• 参考文献64-75
• 致谢75-76
• 个人简历76-77

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