本文關(guān)鍵詞：富勒烯雙加成衍生物受體材料的設(shè)計(jì)、合成、分離及其光伏性能的研究

  更多相關(guān)文章： 富勒烯雙加成衍生物 同分異構(gòu)體 有機(jī)聚合物太陽電池

【摘要】：有機(jī)聚合物太陽電池因其擁有低成本、制備簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕和可彎曲等特性而成為替代當(dāng)前無機(jī)半導(dǎo)體電池的理想選擇。有機(jī)聚合物太陽電池通常呈三明治結(jié)構(gòu),即給體和受體材料作為活性層位于陽極和陰極之間。近年來,通過對(duì)于活性層的改進(jìn),增加緩沖層,對(duì)器件結(jié)構(gòu)和制備方法進(jìn)行優(yōu)化等方法,太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)有了大幅的提高。富勒烯及其衍生物擁有高電子親和性和高電子遷移率的特性,已經(jīng)被廣泛采用作為活性層受體材料應(yīng)用于有機(jī)聚合物太陽電池中。大量的研究致力于對(duì)富勒烯結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,以期獲得更高的器件能量轉(zhuǎn)換效率,但是相對(duì)于聚合物給體材料,富勒烯衍生物受體材料的研究進(jìn)展相對(duì)緩慢,新合成的富勒烯衍生物受體材料種類較少,而大多數(shù)新富勒烯衍生物受體材料并未取得比[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester,PCBM)更優(yōu)異的光伏性能。李永舫課題組在2010年將茚-C60雙加成物(Indene-C60 bisadduct,ICBA)用作聚合物電池中的電子受體,實(shí)現(xiàn)了較大的突破,相較于聚(3-己基噻吩)(Poly(3-hexylthiophene,P3HT):PCBM體系,P3HT:ICBA體系實(shí)現(xiàn)了高達(dá)40%以上的能量轉(zhuǎn)換效率提升。研究表明:相較于富勒烯單加成衍生物PCBM,雙加成衍生物ICBA的最低未占軌道(the lowest unoccupied molecular orbital,LUMO)能級(jí)上移了0.17 eV,基于ICBA的光伏器件具有更高的開路電壓(Voc)及能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)。由此,擁有更高LUMO能級(jí)的富勒烯雙加成衍生物成為了富勒烯受體材料研究的焦點(diǎn)。因此,進(jìn)一步合成和表征新的富勒烯雙加成衍生物受體,研究其結(jié)構(gòu)變化對(duì)電池效率的影響是十分有必要的。此外,ICBA雖然擁有高的LUMO能級(jí),并且在以P3HT為給體材料的電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能,但是由于其雙加成的特性導(dǎo)致其擁有多種同分異構(gòu)體,而在使用過程中這些同分異構(gòu)體沒有被進(jìn)一步地分離,導(dǎo)致各批次樣品中同分異構(gòu)體的種類和比例不盡相同。然而,到目前為止,這些同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)及其在混合物中的比例對(duì)光伏性能的影響仍未能得到全面系統(tǒng)的研究�；诖�,本論文以ICBA混合樣品為研究對(duì)象,研究富勒烯雙加成衍生物中同分異構(gòu)體對(duì)有機(jī)聚合物太陽電池的光伏性能的影響;設(shè)計(jì)合成了一系列二氫苯并呋喃-C60雙加成物,并將其應(yīng)用于有機(jī)聚合物太陽電池中。本論文的具體內(nèi)容包括以下兩個(gè)方面:一、通過對(duì)ICBA同分異構(gòu)體的分離以及對(duì)其結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)和光伏性能的研究,確認(rèn)了通常實(shí)驗(yàn)室合成的ICBA包含有12種主要同分異構(gòu)體,其中有一種異構(gòu)體為trans-1構(gòu)型,三種為trans-2構(gòu)型,三種為trans-3構(gòu)型,三種為trans-4構(gòu)型,兩種為e構(gòu)型,僅有極少量異構(gòu)體為cis構(gòu)型;各個(gè)異構(gòu)體的光伏性能存在極大的差別,其中trans-3(a)和e2構(gòu)型的異構(gòu)體具有優(yōu)于ICBA混合物的光伏性能;并且各個(gè)異構(gòu)體在普通有機(jī)溶劑中的溶解度也有很大差異,溶解度較差的異構(gòu)體與P3HT并未實(shí)現(xiàn)均勻共混,出現(xiàn)聚集現(xiàn)象,其光伏性能表現(xiàn)也較差。本課題研究了ICBA各異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)及這些性質(zhì)對(duì)其光伏性能的影響。二、通過簡(jiǎn)單易行的方法合成了一系列二氫苯并呋喃-C60雙加成物,命名為BFCBA(沒有鍘鏈烷基)和Cn-BFCBA(n代表側(cè)鏈烷基碳原子數(shù)目,n=1-5)。這些富勒烯雙加成衍生物具有類似的吸收光譜和電化學(xué)性質(zhì),但迥異的光伏性能。相比于沒有側(cè)鏈烷基的BFCBA,引入烷基的Cn-BFCBA的光伏性能得到了大幅提高,其中光伏性能最好是C4-BFCBA,以該富勒烯衍生物為受體材料的太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了3.40%,接近于PCBM的水平。但是過長(zhǎng)的碳鏈會(huì)導(dǎo)致位阻增大,致使其光伏性能的表現(xiàn)變差,因此C5-BFCBA的光伏性能不如C4-BFCBA。本課題展示了二氫苯并呋喃-C60雙加成物作為受體材料在有機(jī)聚合物太陽電池中的應(yīng)用潛力并揭示了側(cè)鏈烷基對(duì)于富勒烯雙加成衍生物光伏性能的影響。
【關(guān)鍵詞】：富勒烯雙加成衍生物 同分異構(gòu)體 有機(jī)聚合物太陽電池
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O613.71;TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-26
• 1.1 引言11
• 1.2 聚合物太陽電池的結(jié)構(gòu)11-13
• 1.3 聚合物太陽電池器件結(jié)果表征13-14
• 1.4 富勒烯衍生物電子受體材料的研究及應(yīng)用14-24
• 1.4.1 富勒烯單加成衍生物15-17
• 1.4.2 富勒烯多加成衍生物17-19
• 1.4.3 富勒烯雙加成衍生物19-23
• 1.4.4 富勒烯雙加成衍生物同分異構(gòu)體的分離及光伏性能的研究23-24
• 1.5 論文的研究?jī)?nèi)容與意義24-26
• 第二章 ICBA同分異構(gòu)體的分離與結(jié)構(gòu)確定及光伏性能的研究26-47
• 2.1 引言26-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分28-32
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑28-29
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器29-30
• 2.2.3 樣品制備30
• 2.2.4 核磁共振波譜表征30
• 2.2.5 電化學(xué)表征30-31
• 2.2.6 聚合物太陽電池器件制備及表征31-32
• 2.3 結(jié)果與討論32-46
• 2.3.1 同分異構(gòu)體的分離32-33
• 2.3.2 同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)33-37
• 2.3.3 電化學(xué)性質(zhì)37-38
• 2.3.4 各同分異構(gòu)體的比例分析38-41
• 2.3.5 光伏性能41-44
• 2.3.6 形貌44-46
• 2.4 本章小結(jié)46-47
• 第三章 二氫苯并呋喃-C_(60)雙加成物的合成及其光伏性能的研究47-68
• 3.1 引言47-48
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分48-51
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑48-49
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器49
• 3.2.3 TsN=IPh的合成與分離49
• 3.2.4 N-對(duì)甲苯磺�；�-C_(60)單/雙/三加成物的合成與分離49-50
• 3.2.5 二氫苯并呋喃-C_(60)單成物的合成與分離50
• 3.2.6 二氫苯并呋喃-C_(60)雙成物的合成與分離50
• 3.2.7 二氫苯并呋喃-C_(60)三成物的合成與分離50
• 3.2.8 二氫萘并呋喃-C_(60)單成物的合成與分離50-51
• 3.2.9 二氫萘并呋喃-C_(60)雙成物的合成與分離51
• 3.2.10 聚合物太陽電池器件制備及表征51
• 3.3 結(jié)果與討論51-66
• 3.3.1 一系列二氫苯（萘）并呋喃-C_(60)單/雙/三加成物的合成51-53
• 3.3.2 質(zhì)譜表征53-54
• 3.3.3 核磁共振波譜表征54-59
• 3.3.4 電化學(xué)性質(zhì)59-60
• 3.3.5 吸收特性60-61
• 3.3.6 光伏性能61-63
• 3.3.7 熱穩(wěn)定性63-64
• 3.3.8 形貌64-65
• 3.3.9 電子遷移率65-66
• 3.4 本章小結(jié)66-68
• 第四章 結(jié)論與展望68-70
• 4.1 結(jié)論68-69
• 4.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-79
• 攻讀碩士期間公開發(fā)表論文79-80
• 學(xué)術(shù)會(huì)議論文79
• 期刊論文79-80
• 致謝80-81

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1 徐正 ,徐大鵬;富勒烯的化學(xué)和物理[J];新型炭材料;2001年04期

2 王福民,過瑋;富勒烯C_(60)的研究及應(yīng)用[J];渭南師范學(xué)院學(xué)報(bào);2002年02期

3 肖瑜;中國(guó)富勒烯的研究進(jìn)展[J];廣西科學(xué);2003年02期

4 于劍昆;科學(xué)家開發(fā)出2種無機(jī)富勒烯[J];化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料;2003年06期

5 解菊;富勒烯的發(fā)展及應(yīng)用研究[J];山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2003年04期

6 ;我國(guó)科學(xué)家合成新型穩(wěn)定小富勒烯[J];廣西科學(xué);2004年02期

7 任小元,劉子陽,孫學(xué)青,車宇梁,楊華;富勒烯及富勒烯衍生物的質(zhì)譜研究進(jìn)展[J];質(zhì)譜學(xué)報(bào);2004年04期

8 季怡萍,張紅明,孫淑清;籠內(nèi)金屬富勒烯的合成與分析[J];分析測(cè)試學(xué)報(bào);2004年S1期

9 朱妙琴;;富勒烯——C_(60)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用[J];浙江教育學(xué)院學(xué)報(bào);2005年06期

10 ;富勒烯形成規(guī)律研究[J];煉油與化工;2006年02期

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1 高翔;楊微微;倪玲;李宗軍;;富勒烯負(fù)離子在富勒烯有機(jī)官能化方面的應(yīng)用[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第06分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

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4 徐海;;利用內(nèi)包合氫、氦富勒烯作為核磁探針研究化學(xué)反應(yīng)[A];全國(guó)第八屆有機(jī)固體電子過程暨華人有機(jī)光電功能材料學(xué)術(shù)討論會(huì)摘要集[C];2010年

5 張梅芳;李冉;李東巍;蔣風(fēng)雷;劉義;;微量熱法研究水溶性富勒烯類衍生物與白色念珠菌相互作用[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十五屆全國(guó)化學(xué)熱力學(xué)和熱分析學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要[C];2010年

6 宋虎;楊文寧;周曉松;羅順忠;彭汝芳;;富勒烯的γ輻照穩(wěn)定性研究[A];中國(guó)核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告——中國(guó)核學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（第一卷·第8冊(cè)）[C];2009年

7 王典;張改紅;甘良兵;;金屬鹽促進(jìn)的氮雜富勒烯衍生物合成[A];第十六屆全國(guó)金屬有機(jī)化學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2010年

8 李壯福;秦勇;林大楊;吳國(guó)強(qiáng);;煤中天然富勒烯的提取與地球化學(xué)表征[A];中國(guó)礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

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1 陳超;小鼠研究首次證實(shí)富勒烯可運(yùn)載基因[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

2 記者 沈佳;中美學(xué)者攜手發(fā)現(xiàn)全硼富勒烯團(tuán)簇[N];山西日?qǐng)?bào);2014年

3 羅阿華;我國(guó)富勒烯研究獲重大突破[N];中國(guó)化工報(bào);2004年

4 羅阿華;為富勒烯走向應(yīng)用奠基[N];中國(guó)化工報(bào);2007年

5 記者 王詩品;富勒烯炭黑產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目落戶我市[N];自貢日?qǐng)?bào);2007年

6 文曉麗;利用煤炭為原料制備富勒烯納米碳材料應(yīng)用前景廣闊[N];錫林郭勒日?qǐng)?bào);2009年

7 張巍巍;富勒烯可對(duì)體細(xì)胞造成潛在損傷[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

8 記者 李建斌;中美學(xué)者攜手發(fā)現(xiàn)全硼富勒烯團(tuán)簇[N];光明日?qǐng)?bào);2014年

9 本報(bào)記者 李曉巖　通訊員 王曉紅;納米碳材料富勒烯應(yīng)用已不遙遠(yuǎn)[N];中國(guó)化工報(bào);2008年

10 常麗君;納米尺度富勒烯電子器件可自行制冷[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 高飛;氯參與下富勒烯的形成研究[D];廈門大學(xué);2003年

2 高楊;曲面富勒烯圖的Clar數(shù)及其極值問題[D];蘭州大學(xué);2015年

3 蔡文婷;可溶性超大碳籠金屬富勒烯的研究[D];華中科技大學(xué);2015年

4 孫麗莉;小富勒烯和準(zhǔn)富勒烯衍生物的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的理論研究[D];東北師范大學(xué);2009年

5 陳傳寶;含金屬鈦的新型內(nèi)嵌富勒烯的合成，，分離及性質(zhì)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

6 鄧順柳;富勒烯相關(guān)碳簇的合成、分離和化學(xué)反應(yīng)[D];廈門大學(xué);2003年

7 李繼玲;異質(zhì)類富勒烯的聚合及聚合產(chǎn)物的功能化[D];山東大學(xué);2008年

8 程偉;具有二十面體群及四面體群對(duì)稱性的富勒烯的光譜性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);1999年

9 陸永明;[60]富勒烯和醇鈉、苯肼、胺的反應(yīng)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

10 鞠陽;富勒烯圖的不變量及其統(tǒng)計(jì)分析[D];清華大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王子強(qiáng);富勒烯的化學(xué)開籠研究及開籠富勒烯衍生物的制備[D];北京化工大學(xué);2005年

2 徐厚材;新型高碳富勒烯的制備、分離提純與表征研究[D];福建師范大學(xué);2005年

3 陳璇莉;熒光猝滅法研究富勒烯與氧氟沙星、菲的相互作用[D];昆明理工大學(xué);2015年

4 胡日勒朝克;卟啉-富勒烯大π離域體系衍生物的合成研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

5 趙欣;富勒烯微納米纖維的制備[D];青島科技大學(xué);2016年

6 武雯雯;金屬釔修飾硼富勒烯儲(chǔ)氫性能的第一性原理研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2015年

7 湯強(qiáng)強(qiáng);新型內(nèi)嵌原子簇富勒烯的合成，分離及其性質(zhì)的研究[D];蘇州大學(xué);2016年

8 劉光鑫;富勒烯雙加成衍生物受體材料的設(shè)計(jì)、合成、分離及其光伏性能的研究[D];蘇州大學(xué);2016年

9 雷丹;金屬硫化物富勒烯和金屬氮化物富勒烯的計(jì)算研究[D];西南大學(xué);2016年

10 李劍;富勒烯及其衍生物的熱輸運(yùn)研究[D];暨南大學(xué);2016年

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