基于新型受体单元的D-A共聚物的合成和光伏性能

【摘要】：高效给体聚合物光伏材料应具备吸收宽、电子能级与受体匹配、溶解性好、易形成纳米聚集结构等特点。基于以上考虑，本论文从更多高效、易合成受体单元的开发出发，设计合成了一系列基于新型受体单元的D-A型给体聚合物光伏材料，主要包括： (1)开发了一系列基于双F取代的二苯并吩嗪受体单元、BDT给体单元的D-A共聚物，对其光、电性能、光伏特性进行了表征。发现噻吩π桥上烷基链的取向会影响聚合物间的相互作用，进而影响到光伏性能。其中，P3与PC70BM以1:1共混时光电转换效率最高，为1.21%，比同样条件下的P1高46％。同时也证明了二维共轭能有效拓宽吸收光谱，提高器件的光伏性能。 (2)合成了一种以双F取代的苯并三氮唑为受体单元，以IDT为给体单元的中带隙共轭聚合物PIDT-FBTA，强吸电子原子F的引入降低了PIDT-FBTA的HOMO能级，从而将器件的开路电压提高到0.90V，PCE达到3.62％。经极性甲醇处理后，器件整体性能提高了35％，PCE达到4.90％，Voc由0.90V提高到了0.92V，Jsc由7.68mAcm2提高到了9.60mAcm2，FF由0.52提高到了0.55。 (3)开发了一种以噻吩/烷基噻吩为侧链的喹喔啉受体单元，并成功将其用于有机薄膜太阳能电池中。wk-6:PC70BM以质量比1:2.5共混时，120度退火后PCE达到3.15％，Voc为0.82V，Jsc为10.09mAcm2，FF为0.38。甲醇处理后，器件整体性能提高了23.8％，PCE达到3.90％，Voc由0.82V提高到了0.83V，Jsc由10.09mAcm2提高到了11.7mAcm2，FF由0.38提高到了0.40。然而，较低的FF表明wk-6有更多的潜力值得去挖掘，有望被开发成为一种高效的光伏材料。 (4)开发了两类给、受体单元间噻吩π桥上带吸电子侧链的共轭聚合物，并初步探讨了吸电子基对聚合物的吸收光谱、热稳定性、电化学性能的影响。发现，在不影响聚合物骨架共平面性的前提下，π桥侧链吸电子基的引入能够降低聚合物的HOMO、LUMO能级，降低聚合物的带隙。这或许能为我们合成窄带隙聚合物提供一种方法。 【关键词】：D-A共聚物 受体单元 聚合物太阳电池 吸电子取代基 光电转换效率
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O631;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-40
• 1.1 引言10
• 1.2 聚合物太阳能电池简介10-14
• 1.2.1 聚合物太阳能电池发展简史11-12
• 1.2.2 聚合物太阳能电池工作原理12
• 1.2.3 聚合物太阳能电池性能参数12-14
• 1.3 聚合物太阳能电池材料研究进展14-29
• 1.3.1 基于噻吩并吡咯烷酮(TPD)类的窄带隙共轭聚合物15-19
• 1.3.2 基于吡咯并吡咯烷酮(DPP)类的窄带隙共轭聚合物19-23
• 1.3.3 基于噻吩并噻吩(TT)类的窄带隙共轭聚合物23-25
• 1.3.4 基于苯并噻二唑(BT)类的窄带隙共轭聚合物25-26
• 1.3.5 基于苯并吡嗪(喹喔啉)类的窄带隙共轭聚合物26-27
• 1.3.6 基于苯并三氮唑(BTA)类的窄带隙共轭聚合物27-29
• 1.4 本论文选题依据及主要内容29-31
• 参考文献31-40
• 第二章 双 F 取代二苯并吩嗪为受体单元的 D-A 共轭聚合物的合成及光伏性能40-54
• 2.1 前言40
• 2.2 实验部分40-46
• 2.2.1 试剂及测量方法40-41
• 2.2.2 单体和聚合物的合成41-46
• 2.3 结果与讨论46-51
• 2.3.1 单体和聚合物的制备46
• 2.3.2 热稳定性分析46-47
• 2.3.3 吸收光谱分析47-48
• 2.3.4 电化学分析48-49
• 2.3.5 光伏性能分析49-51
• 2.4 本章小结51-52
• 参考文献52-54
• 第三章 通过双 F 取代的苯并三氮唑受体单元来提高聚合物太阳能电池的开路电压54-67
• 3.1 前言54-55
• 3.2 实验部分55-57
• 3.2.1 试剂及测量方法55
• 3.2.2 单体和聚合物的合成55-57
• 3.3 结果与讨论57-62
• 3.3.1 单体和聚合物的制备57-58
• 3.3.2 热稳定性分析58
• 3.3.3 吸收光谱分析58-59
• 3.3.4 电化学分析59
• 3.3.5 光伏性能分析59-62
• 3.4 本章小结62-63
• 参考文献63-67
• 第四章 基于噻吩取代的喹喔啉受体单元的共轭聚合物的合成及其光伏性能研究67-80
• 4.1 前言67
• 4.2 实验部分67-71
• 4.2.1 试剂及测量方法67
• 4.2.2 单体和聚合物的合成67-71
• 4.3 结果与讨论71-77
• 4.3.1 单体和聚合物的制备71
• 4.3.2 热稳定性分析71-72
• 4.3.3 吸收光谱分析72-73
• 4.3.4 电化学分析73
• 4.3.5 光伏性能分析73-77
• 4.4 本章小结77-78
• 参考文献78-80
• 第五章 多中心吸电子受体单元的合成及其光电性能研究80-90
• 5.1 前言80
• 5.2 实验部分80-83
• 5.2.1 试剂及测量方法80
• 5.2.2 单体和聚合物的合成80-83
• 5.3 结果与讨论83-86
• 5.3.1 单体和聚合物的制备83-84
• 5.3.2 热稳定性分析84
• 5.3.3 吸收光谱分析84-85
• 5.3.4 电化学分析85-86
• 5.4 本章小结86-87
• 参考文献87-90
• 结论90-91
• 附录 I 试剂及纯化方法91-92
• 附录 II 仪器及测试方法92-94
• 在学期间公开发表论文及著作情况94-96
• 致谢96-97

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