侧链含窄带隙单元的聚芴共轭聚合物的合成及光电性能研究

摘要

随着当今世界经济的快速发展，能源问题越来越引起人们的重视。矿物燃料枯竭引起的能源危机，燃烧矿物燃料引起的温室效应使得人类的生存环境面临重大挑战。人们纷纷将目光投向了太阳能这一清洁能源上。太阳能所具有的分布广阔、获取方便、对人无害不污染环境、取之不尽用之不竭的优点受到众多科学家的青睐。
　　 无机材料的太阳能电池虽早已商品化，然而由于其制造成本高，以及无机材料不可降解和不宜柔软加工等问题，人们开始了有机太阳能电池的研究。有机太阳能材料加工方便，成本低，可以通过分子设计实现多功能化，同时可制备具有弯曲和大面积器件的优点，自其出现就受到了人们的青睐。各国化学家、物理学家和材料学家从材料的选择和器件的优化对有机太阳能电池做了深入的研究，并取得可喜成果。但目前有机太阳能电池的光电转换效率还是比较低，多数聚合物由于其宽的能隙使其吸收与太阳光谱不匹配，加上低的载流子迁移率限制了其在太阳电池上的应用。只有得到更高效率、性能稳定的太阳能电池，才能实现其商业化。
　　 由于聚芴（PF）及其衍生物具有较好的化学稳定性和热稳定性，高的荧光量子效率，其光电性能的研究也从发光材料拓展到了太阳能电池材料。但聚芴和太阳光谱不能很好的匹配，使得它在太阳能电池材料的应用上受到限制。
　　 本文研究重点是采用钯催化的Suzuki偶合反应，在芴的侧链引入噻吩-苯并噻二唑-三苯胺等低带隙单元，合成了一系列新型聚芴共轭聚合物。
　　 所得共聚物能溶于常用的有机溶剂，如氯仿、甲苯、四氢呋喃等。通过元素分析结果估算的共聚物分子链中单体摩尔比与实际投料比基本一致。我们研究了共聚物的电化学性质和光电特性。聚合物薄膜的紫外-可见吸收光谱显示了三个吸收峰，其中最大吸收波长达到551nm，聚合物的最大荧光发射峰达到651nm。聚合物具有优异的热稳定性。所合成的聚合物MR15-DBT35与PCBM以1:4的比例掺混，制备成ITO/PEODT/MR15-DBT35：PCBM/A1结构的光伏器件，当开路电压（Voc）为0.75V时，最大能量转换效率达到0.92％。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 聚合物太阳电池工作原理

1.2.1 光子吸收

1.2.2 激子扩散

1.2.3 电荷分离、传输与收集

1.3 聚合物太阳电池器件结构与性能参数

1.3.1 聚合物太阳能电池器件结构

1.3.2 聚合物太阳能电池性能参数

1.4 聚合物太阳电池的研究进展

1.5 聚合物太阳电池的制作工艺和相关材料

1.5.1 制作工艺

1.5.2 电极材料

1.5.3 光伏材料

1.6 主要的聚合方法

1.6.1 化学氧化聚合法

1.6.2 有机金属催化的脱卤缩合法

1.6.3 Suzuki偶合反应

1.6.4 Stille偶合反应

1.7 聚合物太阳电池的应用前景及发展方向

1.8 本论文的研究内容

参考文献

第二章 侧链含噻吩等芳杂环基团的烷基芴与DBT共聚物的设计合成与表征

2.1 引言

2.2 合成路线

2.2.1 单体的合成路线

2.2.2 聚合物的合成路线

2.3 实验部分

2.3.1 试剂和仪器

2.3.2 单体的合成与表征

2.3.3 聚合物的合成与表征

2.4 本章小结

参考文献

第三章 聚合物的光学特性与电化学性能

3.1 引言

3.2 原料和仪器

3.3 聚合物的紫外-可见吸收特性

3.3.1 测试方法

3.3.2 结果与分析

3.4 聚合物的光致发光特性

3.4.1 测试方法

3.4.2 结果与分析

3.5 聚合物的电化学特性

3.5.1 测试方法

3.5.2 结果与分析

3.6 聚合物的热稳定性能

3.6.1 测试方法

3.6.2 结果与分析

3.7 本章小结

参考文献

第四章 聚合物太阳能电池器件性能

4.1 引言

4.2 测试方法

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

结论

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢