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基于三氮唑的D-A型共轭聚合物的合成及光伏性能研究

关注热度:117   来源:新能源学术论文  作者:李新炜
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【摘要】:近年来,因为低碳环保,且容易通过溶液加工过程制备出柔性轻质的太阳能电池,聚合物本体异质结太阳能电池(PSCs)因此受到了广泛关注。由于新型高性能的光伏材料的合成和器件制备工艺的优化,聚合物本体异质结太阳能电池的效率得到较大的提高,现已超过8%。然而,要实现PSCs的实际应用,仍值得深入研究。聚合物光伏材料的吸收光谱、空穴迁移率和溶解性能对PSCs器件的性能有较大影响。为了拓宽聚合物材料的吸收光谱、增强载流子传输性能,本论文设计并合成了两类基于三氮唑的共轭聚合物,采用1H NMR、13C NMR、GC-MS对其结构进行表征,并采用Uv-Vis吸收光谱、荧光光谱、循环伏安法和电流-电压曲线测试了聚合物的光物理、电化学和光伏性能。其主要内容如下: 1.设计并合成了主链含有缺电子的三氮唑衍生物的交替共聚物PT-TZ、PB-TZ和PB-TTZT。三氮唑与不同富电子结构单元聚合得到的聚合物,其光物理性能、光伏性能具有较大差别,不同富电子结构单元可有效地调节共聚物的HOMO和LUMO能级,同时,嵌入更多的噻吩单元,可有效增大共轭主链长度,拓宽聚合物的吸收光谱,因此,基于聚合物PB-TTZT的PSCs的光电转换效率明显高于另外两种聚合物,在AM1.5G太阳光条件下,基于PB-TTZT给体材料和PC61BM受体材料的PSCs器件的光电转换效率为1.18%。 2.通过Suzuki偶联反应和Stille偶联反应合成了基于芴、噻吩和BDT与含三氮唑侧链的噻吩衍生物的交替共轭聚合物PT-TZN、PF-TZN和PBDT-TZN。吸电子基团3-硝基-1,2,4-三氮唑的引入可有效的降低聚合物的能隙。然而,由于硝基的吸电子效应过强,从而形成了分子间激基缔合物,导致激子的分离效率下降,最终影响聚合物太阳能电池的光电转换效率,以PT-TZN、PF-TZN和PBDT-TZN共聚物作为电子给体,PC61BM作为电子受体,制备了聚合物本体异质结太阳能电池器件,在AM1.5G太阳光照条件下,基于聚合物PBDT-TNZ: PCBM(1:3)PSCs器件的最大效率为1.13%。
【关键词】:聚合物太阳能电池 本体异质结 缺电子基团 1 2 4-三氮唑 苯并二噻吩
【学位授予单位】:湘潭大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O631.3
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 文献综述9-23
  • 1.1 研究背景9-10
  • 1.2 聚合物太阳能电池(PSCs)的研究进展10-12
  • 1.2.1 聚合物太阳能电池的器件结构10-12
  • 1.2.2 聚合物太阳能电池能量转换过程12
  • 1.3 聚合物太阳能电池材料的设计与特点12-14
  • 1.3.1 能隙(Eg),HOMO 和-LUMO 能级的要求12-13
  • 1.3.2 能隙(Eg)调控13-14
  • 1.3.3 溶解性14
  • 1.3.4 聚合物太阳能电池材料的合成14
  • 1.4 聚合物太阳能电池(PSCS)的重要参数14-15
  • 1.5 聚合物太阳能电池 (PSCS)材料15-21
  • 1.5.1 聚噻吩衍生物15-16
  • 1.5.2 聚对苯撑乙烯 PPVs 及聚苯撑乙炔衍生物 PAEs16-17
  • 1.5.3 稠环芳烃类聚合物17-20
  • 1.5.4 低能系共轭聚合物20-21
  • 1.6 本论文的设计思想和主要研究内容21-23
  • 第2章 基于 1,2,4-三氮唑的主链型 D-A 共轭聚合物的合成及光伏性能的研究23-35
  • 2.1 引言23-24
  • 2.2 实验部分24-29
  • 2.2.1 仪器、试剂及测试条件及方法24
  • 2.2.2 单体和聚合物的合成24-29
  • 2.3 结果与讨论29-34
  • 2.3.1 单体和聚合物的合成及其结构表征29-30
  • 2.3.2 聚合物的热性能30
  • 2.3.3 聚合物的光物理性质30-32
  • 2.3.4 聚合物的电化学性质32-33
  • 2.3.5 聚合物的光伏性质33-34
  • 2.4 本章小结34-35
  • 第3章 基于 1,2,4-三氮唑的侧链型 D-A 共轭聚合物的合成及光伏性能研究35-50
  • 3.1 引言35-36
  • 3.2 实验部分36-42
  • 3.2.1 药品、试剂、测试条件及方法36
  • 3.2.2 单体及聚合物的合成,单体 M3 与 M4 的合成步骤见第二章36-42
  • 3.3 结果与讨论42-49
  • 3.3.1 单体及聚合物的合成和结构表征42-43
  • 3.3.2 聚合物的热性能43-44
  • 3.3.3 聚合物的光物理性能44-45
  • 3.3.4 聚合物的电化学性能45-46
  • 3.3.5 聚合物的光伏性能46-49
  • 3.4 本章小节49-50
  • 总结与展望50-51
  • 参考文献51-56
  • 致谢56-57
  • 附录 A 试剂、药品及其纯化方法57-59
  • 附录 B 仪器及测试条件和方法59-60
  • 攻读硕士学位期间发表论文情况60


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关键词: 聚合物太阳能电池

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