噻吩苯并呋喃类聚合物的合成及其光伏性能研究

【摘要】：本论文基于有机聚合物的一些基本观点,设计和合成了一系列窄带隙宽吸收共轭聚合物分子,并分别以它们为活性层材料,制备了有机太阳能电池,并对其结构与性能之间的关系进行了表征,具体包括： (1)首次合成了一种二维噻吩[2,3-f]苯并呋喃TBFT供体单元,通过Stille偶联聚合而成一种窄带隙共轭聚合物(PTBFTDTBT)。合成的共聚物PTBFTDTBT成膜性能好,在氯仿,四氢呋喃和氯苯等常用一的有机溶剂有良好的溶解性能。拥有相对深的HOMO能级(-5.20eV),宽的吸收和适度的空穴迁移率(2×10·3cm2· V-1· s-1)。无任何器件优化,在AM1.5G,100mW/cm2模拟太阳光照射的情况下,基于PTBFTDTBT和PC71BM(1:2, w/w)共混的光伏器件展现最好的光伏性能,PCE为6.42%,VOC为0.78V,JSC为13.51mA/cm2, FF为61%。 (2)基于以噻吩[2,3-f]苯并呋喃供体单元,改变不同受体单元通过Stille偶联聚合反应,合成了两个新的聚合物PTBFTDTBTz和PTBFTDTBO,并且进行了详细的表征。两聚合物在氯仿,四氢呋喃和氯苯等常用的有机溶剂有良好的溶解性能和成膜性能宽吸收吸收(300-700nm),但是开路电压和短路电流不大高。基于PTBFTDTBTz: PC71BM(1:1, w/w)掺杂的聚合物太阳能电池展现出最好的器件性能：PCE为3.60%,VOC为0.61V,JSC为10.62mA/cm2, FF为55.54%。聚合物与PC71BM共混体系中加入3%DIO,改善了活性层形貌,促进了电荷分离与传输,从而提高了短路电流优化器件性能。 (3)基于喹喔啉的宽吸收,我们设计和合成了一种新型的受体单元4,9-二溴-6,7-双(5-异辛基噻吩)[1,2,5]噻二唑并[3,4-g]喹喔啉(M1),并以苯并二噻唑作为电子给体(D)共聚得到聚合物PBDTBTQ,在氯仿,四氢呋喃和氯苯等常用的有机溶剂有良好的溶解性能和成膜性能好,具有宽的吸收光谱和窄带隙,并且很好的表征了结构与性能之间的关系。聚合物PBDTBTQ初步的测试结果显示出PBDTBTQ吸收光谱范围从300nm-2000nm,并探讨了其未来的用途。 【关键词】：噻吩苯并呋喃 喹喔啉 有机太阳能电池 光伏性能
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O633.5
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 文献综述10-30
• 1.1 引言10
• 1.2 有机太阳能电池的器件结构和工作原理10-12
• 1.2.1 有机太阳能电池的器件结构10-11
• 1.2.2 有机太阳能电池工作原理11-12
• 1.3 有机聚合物光伏材料12-30
• 1.3.1 聚对苯撑·乙烯(PPV)及其衍生物12-13
• 1.3.2 聚芴(PF)及其衍生物13-19
• 1.3.3 聚咔唑(PC)及其衍生物19-24
• 1.3.4 聚二苯并噻咯(PD)及其衍生物24
• 1.3.5 苯并二噻吩(BDT)类聚合物及其衍生物24-28
• 1.3.6 论文设计思想与研究内容28-30
• 2 噻吩[2,3-F]苯并呋喃与苯并噻二唑共聚物的合成及其光伏应用30-45
• 2.1 前言30-31
• 2.2 实验部分31-36
• 2.2.1 试剂与仪器31-32
• 2.2.2 单体和聚合物的合成32-34
• 2.2.3 测试方法34-36
• 2.3 结果与讨论36-44
• 2.3.1 单体和聚合物的合成与表征36
• 2.3.2 热稳定性36-37
• 2.3.3 光学性能37-38
• 2.3.4 电化学性能38-40
• 2.3.5 空穴迁移率40-41
• 2.3.6 光伏性能41-43
• 2.3.7 形貌43-44
• 2.4 本章小结44-45
• 3 噻吩[2,3-F]苯并呋喃与苯并三氮唑、苯并二噁唑共聚物的合成及其光伏性能45-57
• 3.1 前言45-46
• 3.2 实验部分46-48
• 3.2.1 试剂与仪器46-47
• 3.2.2 单体和聚合物的合成47-48
• 3.2.3 测试方法48
• 3.3 结果与讨论48-55
• 3.3.1 单体和聚合物的合成与表征48
• 3.3.2 热稳定性48-49
• 3.3.3 光学性能49-50
• 3.3.4 电化学性能50-52
• 3.3.5 光伏性能52-54
• 3.3.6 形貌54-55
• 3.4 本章小结55-57
• 4 基于噻二唑并[3,4-G]喹喔啉聚合物的合成及其性能研究57-63
• 4.1 前言57-58
• 4.2 实验部分58-61
• 4.2.1 试剂与仪器58-59
• 4.2.2 单体的合成59-61
• 4.2.3 测试方法61
• 4.3 结果与讨论61-62
• 4.3.1 单体的合成与结构表征61
• 4.3.2 光学性能61-62
• 4.3.3 未来应用62
• 4.4 本章小结62-63
• 5 总结与展望63-65
• 5.1 总结63
• 5.2 展望63-65
• 参考文献65-76
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果76-77
• 致谢77

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