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新型苯并二杂环基共轭聚合物光伏材料的设计合成及应用

作　者: 陈学文
导　师: 邹应萍
学　校: 中南大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 苯并二杂环 Stille偶联 共轭聚合物 聚合物太阳能电池
分类号: O631
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本论文以拓宽共轭聚合物的吸收光谱、改善溶解性能及提高载流子迁移率为目的,设计、合成了两个系列的新型苯并二杂环基类共轭聚合物。分别将其与PCBM共混作为活性层材料,制备成本体异质结太阳能光伏器件,系统讨论了活性层材料、共混膜形貌等对器件性能的影响。具体内容包括：(1)设计合成了6,7-二辛氧基萘并[2,3-c]噻吩-4,9-二酮(NTDO)单体M1,并通过引入不同的侧链基团分别得到单体M2和M3,分别将这三个单体与苯并二噻吩单元(BDT)通过Stille偶联得到系列聚合物PBDTNTDO-C1, PBDTNTDO-C2及PBDTNTDO-C3。分析了聚合物的热稳定性,光学性能和电化学性能等。将聚合物与PCBM共混制备成太阳能光伏器件,结果显示：基于ITO/PEDOT:PSS/polym-er:PC71BM(1:2)/Ca/Al器件结构的光伏结果分别为1.96%,1.01%和2.21%。(2)设计、合成了一种新型的苯并二呋哺基(BDF)单元,将其与单体M3通过Stille偶联得到一种新型共轭聚合物PBDFNDO.分别通过1H NMR, GPC, TGA, UV-Vis光谱吸收和循环伏安等方法对聚合物进行了详细的表征。聚合物PBDFNTDO能够很好的溶解于常见的溶剂中,其数均分子量(Mn)为10.7KDa/mol,多分散性系数为1.71。热稳定性测试结果表明该聚合物质量损失达5%时的温度高达341℃,具有很好的热稳定性。聚合物的光谱吸收范围为300-750nm,具有较窄的光学带隙(1.65eV)。循环伏安测得聚合物的HOMO和LUMO能级分别为-5.33eV和-3.40eV。应用空间电荷限制电流(SCLC)法测得基于PBDFNTDO:PC71BM (1:1.5, w/w)活性层的空穴迁移率为5.0×10-3cm2·V-1·s-1。将聚合物与PC71BM共混制备成光伏器件,得到光电转换效率高达4.71%,显示PBDFNTDO是一种很有前景的光伏材料。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 综述  9-22
  1.1 聚合物太阳能电池简介  11-16
    1.1.1 聚合物太阳能电池结构  11-12
    1.1.2 聚合物太阳能电池的工作原理  12-14
    1.1.3 有机太阳能电池性能表征参数  14-16
  1.2 共轭聚合物光伏材料  16-20
    1.2.1 共轭聚合物给体材料  16-19
    1.2.2 富勒烯衍生物受体材料  19-20
  1.3 论文的设计思想及主要研究内容  20-22
    1.3.1 论文课题的意义与设计思想  20-21
    1.3.2 论文主要研究内容  21-22
第二章 萘并[2,3-c]噻吩-4,9-二酮衍生物与苯并二噻吩共轭聚合物的合成及光伏性能研究  22-40
  2.1 前言  22-23
  2.2 实验部分  23-30
    2.2.1 试剂与仪器  23-24
    2.2.2 材料测试应用方法  24-26
    2.2.3 单体及聚合物的合成  26-30
  2.3 结果与讨论  30-39
    2.3.1 单体及聚合物的表征  30-31
    2.3.2 热稳定性  31-32
    2.3.3 光学性能  32-33
    2.3.4 电化学性能  33-34
    2.3.5 理论计算  34-35
    2.3.6 空穴迁移率  35-37
    2.3.7 光伏性能  37-38
    2.3.8 形貌分析  38-39
  2.4 本章小结  39-40
第三章 一种新型的苯并[1,2-b：4,5-b’]二呋喃基共轭聚合物的合成及其光伏性研究  40-54
  3.1 前言  40-41
  3.2 实验部分  41-44
    3.2.1 试剂与仪器  41-42
    3.2.2 测试方法  42
    3.2.3 单体及聚合物的合成  42-44
  3.3 结果与讨论  44-53
    3.3.1 聚合物PBDFNTDO的表征  44
    3.3.2 热稳定性  44-45
    3.3.3 光学性能  45-46
    3.3.4 电化学性能  46-47
    3.3.5 空穴迁移率  47-48
    3.3.6 X-射线衍射分析  48-49
    3.3.7 光伏性能  49-52
    3.3.8 形貌分析  52-53
  3.4 本章小结  53-54
第四章 总结与展望  54-56
  4.1 总结  54
  4.2 展望  54-56
参考文献  56-64
攻读硕士期间主要的研究成果  64-66
致谢  66

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 高分子物理和高分子物理化学
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