新型三苯胺-alt-噻吩衍生物聚合物的合成及其光伏性能研究

摘要

聚合物太阳能电池因其低成本、制备简单、可实现大面积和柔性面板等特点而得到人们的广泛关注。共轭聚合物给体材料是影响聚合物太阳能电池性能的关键材料之一。传统的聚合物给体材料如MEH-PPV和P3HT等存在可见吸收光谱较窄、空穴迁移率较低和比较低的开路电压的问题,这限制了聚合物太阳能电池能量转换效率的提高。本论文以提高聚合物在可见光区的光谱吸收,增强聚合物给体材料的空穴迁移率和提高开路电压为目的,将三苯胺共轭单体引入到聚合物主链,合成了主链含三苯胺的新型窄带隙共轭聚合物给体材料。 通过Suzuki偶联聚合反应,将具有高空穴迁移率和低HOMO值的三苯胺单元引入到聚合物主链中,合成了三苯胺和苯并噻二唑衍生物的窄带隙交替共聚物PTPADHDBT。该聚合物具有较高的热稳定性和较高的开路电压。当PTPADHDBT与PCBM的质量比为1:4时具有较好的光伏性能,能量转换效率PCE为0.86％。 将富电子的硒元素引入到共轭单体中,合成了新型含硒杂环的窄带隙单体,并与三苯胺单体进行交替共聚。所得聚合物PTPASeC12具有更窄的带隙,其长波长的吸收峰为562nm,吸收边位于673nm,从而提高了该类聚合物的吸收光谱与太阳光发射光谱的匹配性。同样,聚合物PTPASeC12也具有较高的热稳定性和较高的开路电压。基于聚合物PTPASeC12的光伏器件研究表明,当PTPASeC12与PCBM的质量比为1:4时具有较好的光伏性能,其能量转换效率PCE为0.52％。

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第一章绪论

1.1聚合物太阳能电池的简介

1.1.1聚合物太阳能电池的发展历史及其工作原理

1.1.2聚合物太阳能电池的能量转换效率的影响因素

1.2聚合物给体材料

1.2.1聚对苯撑乙烯撑(PPV)衍生物

1.2.2聚噻吩(PT)类衍生物

1.2.3基于氮杂芳环的窄带隙聚合物

1.3受体材料

1.3.1富勒烯类受体材料

1.3.2聚合物受体材料

1.4主要聚合方法

1.4.1化学氧化聚合

1.4.2有机金属催化的脱卤缩合发

1.4.3 Suzuki偶联反应

1.4.4 Still偶联反应

1.5论文的设计思想

第二章三苯胺-alt-4,7-二(4-己基噻吩)-[2,1,3]苯并噻二唑交替共聚物的合成及光伏性能

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1原料与试剂

2.2.2表征设备及仪器

2.2.3单体的合成

2.2.4聚合物PTPADHDBT的合成

2.2.5光伏器件的制备

2.3结果与讨论

2.3.1单体的合成

2.3.2聚合物的合成及表征

2.3.3热学性能

2.3.4吸收和荧光发射光谱

2.3.5电化学性能

2.3.6光伏器件性能

2.4本章小结

第三章三苯胺-alt-4,7-二(4-十二烷基噻吩)-[2,1,3]苯并硒二唑交替共聚物的合成及光伏性能

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1原料与试剂

3.2.2表征设备及仪器

3.2.3单体的合成

3.2.4聚合物PTPASeC12的合成

2.2.5光伏器件的制备

3.3结果与讨论

3.3.1单体的合成

3.3.2聚合物的合成及表征

3.3.3热学性能

3.3.4吸收和荧光发射光谱

3.3.5电化学性能

3.3.6光伏器件性能

3.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢