新型苯并二噻吩二酮类与萘二酰亚胺类聚合物太阳能电池材料的合成与性能

【摘要】：近年来对太阳能的开发和利用的研究发展尤为迅速,聚合物太阳能电池(PSCs)具有原料来源广泛,加工成本低,工艺简单,材料轻便,便于制造柔性可弯曲材料。有机半导体材料作为聚合物太阳能电池的重要组成部分,起着光能装换为电能的作用。共轭聚合物以其特有的半导体性能广泛用于PSCs光活性层中,设计和合成综合性能优异的新型共轭聚合物具有非常重要的意义。本文通过改变不同聚合单元,合成了一系列共轭聚合物,并得到了紫外光谱吸收宽、带隙窄并且溶解性能好的p型及n型聚合物,并制备了相关PSCs器件,主要内容如下： 1.本论文第二章以苯并二噻吩二酮衍生物和连二噻吩衍生物为单体单元合成了两个共轭聚合物,通过1H-NMR鉴定了聚合物的结构,通过元素分析鉴定了其纯度。通过凝胶渗透色谱测定其分子量及分子量分布,并通过差示扫描量热法与热重分析法表征了化合物的热稳定性能,紫外可见光谱测定了其吸收光谱,以及电化学测试确定了其能级,并计算出带隙。进而以这些聚合物为给体材料,富勒烯衍生物(PC61BM)为受体材料,制备了本体异质结太阳能电池,初步测定结果其能量转换效率达0.028%,开路电压为0.62V,短路电流为0.16mA/cm2。并通过原子力显微镜观察了旋涂制备器件的薄膜形态,进一步研究了其聚合物结构与器件性能的关系。 2.本论文第三章以萘二酰亚胺为电子受体,并二噻吩与苯并二噻吩衍生物为电子给体,合成了2种p型及1种n型给体受体结构共轭聚合物。其中直链结构的p型给体聚合物的紫外可见光谱吸收范围比常见给体聚(3-己基噻吩)(P3HT)宽,LUMO能级更低,可以更有效的促进激子扩散和解离,利用此类聚合物制备了本体异质结太阳能电池,初步测定结果其能量转换效率最高为0.021%,开路电压为0.74V,短路电流为0.12mA/cm2。其中n型聚合物其溶解性能优于PC61BM且在可见光区吸收优于PC61BM。利用此聚合物制备了全聚合物太阳能电池,初步测定结果其能量转换效率达为0.068%,开路电压为0.47V,短路电流为0.29mA/cm2。并通过原子力显微镜观察了旋涂制备器件的薄膜形态,进一步研究了其聚合物结构与器件性能的关系。 【关键词】：聚合物太阳能电池 共轭聚合物 给体 受体
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 1 绪论10-25
• 1.1 引言10
• 1.2 太阳能电池简介10-12
• 1.3 聚合物太阳能电池12-18
• 1.4 聚合物太阳能电池光活性层材料18-23
• 1.5 论文的设计思想与研究内容23-25
• 2 苯并二噻吩二酮类与连二噻吩类共轭聚合物的合成、表征及器件性能的研究25-37
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验部分26-28
• 2.3 结果与讨论28-36
• 2.4 小结36-37
• 3 窄带隙萘二酰亚胺类给受体共轭聚合物的合成、表征及器件性能的研究37-55
• 3.1 引言37-38
• 3.2 实验部分38-43
• 3.3 结果与讨论43-54
• 3.4 小结54-55
• 4 全文总结55-56
• 参考文献56-63
• 研究成果目录63-64
• 致谢64

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