基于5,7-二噻吩基-2,3-二辛基噻吩[3,4-d]哒嗪-1,4-二酮聚合物的合成及性能研究

摘要

近日，能源危机日趋严峻的形势极大地推进了太阳能等清洁能源开发的进程。由于聚合物太阳能电池的制备工艺简单，重量轻，能够大面积制备的优点得到研究学者的广泛关注。目前，已经报道的聚合物太阳能电池器件的能量转化效率已经达到10.6％，逐渐接近实际规模化使用的效率。聚合物太阳能电池器件中活性层材料的吸收光谱与太阳光谱的匹配程度以及给体、受体材料间载流子的迁移率是决定太阳能电池性能的重要因素。因此，设计和合成综合性能优良的共轭聚合物给体材料具有非常重要的意义。本论文中通过设计并合成具有较强吸电子能力的受体单元，然后与富电子单元共聚，形成具有低能带隙的共轭聚合物，以期更高效率地利用太阳光，来获得较高的光伏器件转化效率。
　　主要工作内容如下:
　　1、基于噻吩[3，4-d]吡咯-4，6-二酮(TPD)单元结构简单，性能优异的特点对其进行改性，合成制备出吸电子能力更强的噻吩[3，4-d]哒嗪-1，4-二酮(DHTPD)。考虑到增强聚合物主链的共平面性，利于降低聚合物链间的堆积距离从而能够使所得到光伏器件具备更好的性能，在DHTPD单元的两侧分别引入一个噻吩环桥得到新型受体单元DT-DHTPD。
　　2、选择三种结构简单，性能优异的富电子单体2，5-二（三甲基锡）噻吩单元、5，5'-二（三甲基锡）-2，2'-二噻吩、1，4-亚苯基二硼酸-频哪醇酯分别与新型的受体单元DT-DHTPD聚合，得到具有D-π-A结构的共轭聚合物PDTPD-3T(P1)、PDTPD-4T(P2)、PDTPD-TPT(P3)。我们通过NMR表征了聚合物P1，P2，P3，对其相对分子质量，热性能、光学性能、固态堆积性能以及电化学性能进行了表征与分析，并得到了三种聚合物溶液在不同温度下对太阳光吸收的差异。基于聚合物P1，P2及P3与PC71BM的聚合物太阳能光伏器件的光电转化效率分别是3.32％(Voc=0.61 v,Jsc=10.99 mA/cm2, FF=0.49),1.79％(Voc=0.62 V,Jsc=10.11 mA/cm2,FF=0.47)和2.77％(Voc=0.61 V, Jsc=10.11 mA/cm2, FF=0.45)。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 有机聚合物太阳能电池

1．2．1 聚合物太阳能电池的研究进展

1．2．2 聚合物太阳能电池的工作原理

1．2．3 聚合物太阳能电池器件的结构

1．2．4 聚合物太阳能电池性能的表征参数

1．3 聚合物太阳能电池研究现状及挑战

1．4 太阳能电池的活性层材料

1．4．1 活性层材料吸光范围、吸收系数对电池性能的影响

1．4．2 聚合物受体材料

1．4．3 聚合物给体材料

1．4．4 有机小分子的给体材料

1．5 论文选题的意义及设计思路

第二章 基于5，7-二噻吩-噻吩[3，4-d]哒嗪1，4-二酮受体单元的D-A共轭聚合物合成及表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品与仪器

2．2．2 单体和聚合物的合成

2．2．3 光伏器件的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 目标聚合物的合成

2．3．2 给体-受体(D-A)型共轭聚合物的热性能分析

2．3．3 给体-受体(D-A)型共轭聚合物的光学性能分析

2．3．4 给体-受体(D-A)型共轭聚合物固态堆积性质

2．3．5 太阳能电池器件的光伏性质

第三章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢