窄带隙D-A型有机共轭聚合物材料的设计、合成及光伏性能研究

摘要

近年来，能源的消耗量越来越大，新能源就成了全球关注的焦点，其中太阳能最为热门，目前无机硅太阳能电池产业化较多，但其存在一些原料昂贵，质量大，污染严重等缺点，有机聚合物太阳能电池因其成本低，质量轻，可做柔性器件等优点引起科学家的关注。本文围绕D-A型共轭聚合物材料，设计合成一系列新型的D-A给体材料，并对这些聚合物做一些性能表征测试，如：电化学，紫外光谱，热稳定性以及光伏性能的研究，并有了初步的结果，各章的主要内容如下：
　　设计合成一种新型构建D-A结构富电子中间体TI单元，以DTBT及其衍生物为受体，设计合成了3种D-A型共聚物，P1，P2，P3，TI结构的共聚有着较宽的吸收，薄膜的吸收范围是350-700 nm，窄带隙的材料可以吸收更多的太阳能。其中器件效率最高的是P3：PC71BM，效率达到2.73％，同时有着较高的迁移率2.84×10–5 cm2 V-1 s-1。
　　把柔性烷基链换成C24支链，增加给体和受体之间的桥联基团噻吩的个数，以BT为受体，设计合成三种D-A型共聚物，即聚合物PTIBT，PTITBT和PTIDTBT，结果表明效率最高的是给受体之间增加一个噻吩基团的时候，即聚合物PTITBT，PCE为5.83%，VOC=0.69 V, JSC=13.92 mA/cm2, FF=61.8%，通过研究，发现这类材料的吸收较宽，即带隙较窄，能级适中，热稳定性也较好，TI结构是一种新的给电子单元，是一种理想的可以用来构建D-A共轭单元的材料。
　　将咔唑引入到梯形低聚亚苯烯结构中，设计合成了一种以DTBT为受体的D-A共聚物，并对其进行了一些测试，如紫外，电化学，并初步应用到有机太阳能电池中，虽然其效率不是很高，但是聚合物本身的分子量较大，吸收较宽，稳定性好，同样是一种优异的有机半导体材料。后期器件的优化还在进一步的实验探索中。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2有机太阳能电池的工作原理及性能参数

1.3有机太阳能电池的器件结构

1.4有机太阳能电池材料

1.5有机太阳能电池给体材料的设计原则

1.6论文的主要内容及意义

第二章 基于噻吩并吲哚和BT衍生物的D-A共聚物的设计、合成表征及侧链对光伏性能影响

2.1分子设计

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章 基于噻吩并吲哚与BT的D-A型高效率太阳能电池共聚物设计、合成及性能研究

3.1分子设计

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 基于七环并苯与DTBT 的D-A型共聚物设计、合成及性能研究

4.1分子设计

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢