含并噻唑单元的聚合物太阳电池材料的合成及表征

摘要

噻唑[5,4-d]并噻唑(TTz，简称并噻唑)是典型的缺电子单元，因其具有刚性平面结构，且抗氧化性强等特点，基于并噻唑的材料已被广泛应用于光电器件之中。为了得到带隙窄、光电转换效率高的聚合物，本论文中合成了几种以为TTz为受体单元的新聚合物。考察了支链、聚合反应所用溶剂、给受体单元和阴极材料等因素与共聚物性能的关系。
　　 这篇文章的主要内容包括:第一章中对聚合物太阳电池(PSCs)的发展历程进行了综述。在第二章中，通过Suzuki反应、Stille反应等一系列反应制备聚合物，这些聚合物以噻唑[5，4-d]并噻唑作为电子受体单元，以硅杂环戊二烯并二噻吩或2-(9H-芴-9-亚基-甲基)噻吩(FMT)为电子供体单元。
　　 结果表明:聚合物的溶解性随着支链的长度和数目的增加而改善。合成的P4的紫外吸收扩展到了711 nm，具有一个比较窄的带隙(1.7 eV)。基于并噻唑和2-(9H-芴-9-亚基-甲基)噻吩的聚合物（P2和P3），以四氢呋喃为溶剂的聚合反应所得的聚合物溶解性更好，且分子量更大，聚合物的紫外-可见吸收光谱变宽了约10nm。对所制备的聚合物在光伏应用的潜力进行了评估，并研究了不同的阴极材料对器件光伏性能的影响，结构为ITO/PEDOT:PS S/P3-b:PCBM/PFN/Ca/A1的器件（以PFN/Ca/A1为多层阴极）把光电转化效率从1.66％提高到了2.21％，含有PFN的多层阴极能够明显地提高开路电压，原因在于TTz和PFN之间的N-N作用改善了表面接触。因此，TTz是一种很有前景的太阳能电池电子给体材料。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 有机太阳电池发展概况

1．3 聚合物太阳电池的工作原理

1．4 聚合物太阳电池的器件结构类型

1．4．1 单层肖特基(Schottky)器件

1．4．2 双层异质结器件

1．4．3 本体异质结器件

1．5 聚合物太阳能电池的参数

1．5．1 开路电压(Voc)

1．5．2 短路电流(Jsc)

1．5．3 最大输出功率、最大输出电压、最大输出电流

1．5．4 填充因子(FF)

1．5．5 能量转化效率(PCE)

1．5．6 内量子效率(IQE)

1．5．7 外量子效率(EQE)

1．6 聚合物太阳能电池材料的能级与带隙

1．7 聚合物太阳能电池材料

1．7．1 受体材料

1．7．2 给体材料

1．7．3 聚合物太阳能电池电极与缓冲层材料

1．8 本论文研究内容

2 聚合物的合成及表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验所用试剂和仪器

2．2．2 单体的合成和聚合物的制备

2．3 聚合物的性能表征与结果讨论

2．3．1 聚合物的溶解性

2．3．2 聚合物的分子量

2．3．3 聚合物的光学性能

2．3．4 电化学测量结果与分析

2．3．5 聚合物的热稳定性能

2．3．6 光伏性能

3 总结

致谢

参考文献

附录 1H NMR图谱