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聚合物太阳能电池材料的设计合成与性能研究

关注热度:102   来源:新能源学术论文  作者:刘香菊
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【摘要】:聚合物太阳能电池由于不仅具有材料来源广泛、价格便宜、工艺简单、柔韧性好等特点,而且通过对聚合物太阳能电池材料的设计可以调控光伏器件的性能而得到广泛的关注。本文主要对聚合物太阳能电池的原理及结构进行了简要介绍,概述了其研究现状及发展趋势;设计并合成了18种新型的Donor-Acceptor结构的共轭聚合物光伏材料,并对它们的结构、分子量、热稳定性能、光物理性能和电化学性能进行了测试和分析。 (1)设计合成了氟硼二吡咯结构衍生物,与噻吩、4,8-二烷氧基苯并二噻吩和4,8-二噻吩苯并二噻吩衍生物通过Stille偶联反应合成了6个新型的D-A型共聚物。对它们进行热失重分析发现它们具有良好的热稳定性能;紫外可见吸收光谱测得PBPT1、PBPBT1、PBPBTT1、PBPT2、PBPBT2和PBPBTT2固体薄膜的最大吸收峰分别为580nm、589nm、587nm、600nm、604nm和603nm;实验显示它们具有宽收光谱,且覆盖了整个可见光区。这6个聚合物的电化学能带隙和光学能带隙测试的结果相近,属于低能带隙聚合物的范畴。 (2)设计合成了带三噻吩侧链的苯并二噻吩衍生物,与九种不同的双溴化合物进行共聚合成出9个新型的D-A型共聚物。对它们进行热失重分析发现它们具有良好的热稳定性能。紫外可见吸收光谱测得PBDBT1、PBDBT2、PBDBT3、PBDBT4、PBDBT5、PBDBT6、PBDBT7、PBDBT8和PBDBT9固体薄膜的最大吸收峰分别为590nm、605nm、625nm、591nm、536nm、694nm、600nm、771nm和588nm;实验显示它们具有宽吸收光谱,且覆盖了整个可见光区。这9个聚合物的电化学能带隙和光学能带隙的测试结果相近,属于低能带隙聚合物的范畴。 (3)合成了以三噻吩并苯衍生物为电子给体,苯并噻二唑衍生物、苯并恶二唑衍生物和吡咯并吡咯二酮衍生物作为电子受体合成了3种新型的D-A型共聚物。对它们进行热失重分析发现它们具有良好的热稳定性能。紫外可见吸收光谱测得聚合物PBODP固体薄膜的最大吸收峰为773nm,吸收光谱较宽,且覆盖整个可见光区。聚合物PBODP的电化学能带隙和光学能带隙的测试结果相近,属于低能带隙聚合物的范畴。
【关键词】:聚合物太阳能电池 低能带隙 共聚物 苯并二噻吩
【学位授予单位】:南昌航空大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM914.4;O633.5
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-8
  • 目录8-10
  • 第1章 绪论10-38
  • 1.1 引言10
  • 1.2 聚合物太阳能电池的发展10-12
  • 1.3 聚合物太阳能电池的结构12-13
  • 1.4 聚合物太阳能电池的工作原理13-14
  • 1.4.1 吸收光子产生激子13-14
  • 1.4.2 激子的扩散14
  • 1.4.3 电荷的分离14
  • 1.4.4 电荷的传输与收集14
  • 1.5 聚合物太阳能电池的性能参数14-16
  • 1.5.1 短路电流 Isc15
  • 1.5.2 开路电压 Voc15
  • 1.5.3 填充因子 FF15
  • 1.5.4 能量转换效率 PCE15-16
  • 1.5.5 外量子效率 IPCE16
  • 1.6 聚合物太阳能电池材料16-37
  • 1.6.1 受体材料16-18
  • 1.6.2 给体材料18-37
  • 1.7 论文的研究内容和创新点37-38
  • 1.7.1 研究内容37
  • 1.7.2 创新点37-38
  • 第二章 含氟硼二吡咯共聚物的合成与表征38-55
  • 2.1 引言38
  • 2.2 实验部分38-50
  • 2.2.1 试剂及测试38
  • 2.2.2 单体和聚合物的合成38-50
  • 2.3 结果与讨论50-54
  • 2.3.1 单体和聚合物的合成50-51
  • 2.3.2 热稳定性分析51
  • 2.3.3 紫外-可见吸收光谱51-52
  • 2.3.4 循环伏安分析52-54
  • 2.4 本章小结54-55
  • 第三章 含 4,8-二三噻吩苯并二噻吩共聚物的合成与表征55-79
  • 3.1 引言55
  • 3.2 实验部分55-72
  • 3.2.1 试剂及测试55
  • 3.2.2 单体和聚合物的合成55-72
  • 3.3 结果与讨论72-77
  • 3.3.1 单体和聚合物的合成72-73
  • 3.3.2 热稳定分析73-74
  • 3.3.3 紫外-可见吸收光谱74-76
  • 3.3.4 循环伏安分析76-77
  • 3.4 本章小结77-79
  • 第4章 含苯并三噻吩共聚物的合成与表征79-88
  • 4.1 引言79
  • 4.2 实验部分79-84
  • 4.2.1 试剂及测试79
  • 4.2.2 单体和聚合物的合成79-84
  • 4.3 结果与讨论84-86
  • 4.3.1 单体和聚合物的合成84
  • 4.3.2 热稳定分析84-85
  • 4.3.3 紫外-可见吸收光谱85-86
  • 4.3.4 循环伏安分析86
  • 4.4 本章小结86-88
  • 第5章 总结和展望88-90
  • 5.1 总结88-89
  • 5.2 展望89-90
  • 参考文献90-100
  • 攻读硕士期间发表的论文100-101
  • 致谢101-102
  • 附录 1 实验所用药品和试剂102-105
  • 附录 2 实验所用仪器及检测仪器105-106
  • 附录 3 单体和聚合物的核磁谱图106-154


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关键词: 聚合物太阳能电池

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