本文選題：二萘并對稱引達(dá)省　切入點：高開路電壓　出處：《福州大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近些年來,聚合物太陽能電池因為具有質(zhì)量輕、可大面積制備、成本低廉以及柔韌可彎曲等優(yōu)點而引起了研究者的廣泛關(guān)注,并成為研究熱點。但受限于開路電壓(Voc)較低、載流子遷移率低、吸收光譜與太陽光譜匹配差等因素,聚合物太陽能電池離實際應(yīng)用還有一定的距離。引進(jìn)給電子單體-吸電子單體(donor-Acceptor, D-A)共軛聚合物光伏材料能降低帶隙,增強(qiáng)對紅外區(qū)和近紅外區(qū)太陽光的吸收,從而有利于提高太陽能電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率。梯形稠環(huán)芳烴具有低的最高占有分子軌道(highe st occupied molecular orbital, HOMO)能級和高空穴遷移率等優(yōu)點,如果利用它們制備D-A共軛聚合物,將有助于提高相應(yīng)光伏器件的Voc和短路電流密度(Jsc),最終提高聚合物太陽能電池的效率。本論文圍繞二萘并對稱引達(dá)省衍生D-A聚合物的設(shè)計合成、表征和光伏性能研究來展開工作。論文的第一章綜述了聚合物太陽能電池的研究進(jìn)展論文的第二章設(shè)計合成了二萘并對稱引達(dá)省基給電子單體,并分別與4,7-二(5-溴-2-噻吩基)-2,1,3-苯并噻二唑、4,7-二(5-溴噻吩-2-基)-5,6-二(丁氧基)苯并噻二唑、5,6-二氟-4,7-二(5-溴-2-噻吩基)-2,1,3-苯并噻二唑和5,8-二(5-溴噻吩-2-基)-2,3-二苯基喹啉等吸電子單體通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)聚合制備一系列共軛聚合物(PF11, PF12, PF13和PF 14)。利用核磁共振氫譜、核磁共振碳譜、高分辨質(zhì)譜、元素分析儀對合成產(chǎn)物進(jìn)行表征以確定其結(jié)構(gòu),采用凝膠滲透色譜表征聚合物的分子量和分子量分布,使用紫外-可見分光光度計和電化學(xué)工作站對目標(biāo)聚合物的光學(xué)性能、電化學(xué)性能進(jìn)行測試分析。結(jié)果表明,本研究所制備的四個聚合物都具有低的HOMO能級,范圍為-5.59～-5.72 eV,光學(xué)帶隙分別為1.96、2.00、2.02和2.09 eV,表明該類聚合物有潛力成為光敏活性材料應(yīng)用于聚合物太陽能電池論文的第三章以合成的二萘并對稱引達(dá)省衍生共聚物作為p型半導(dǎo)體材料,與富勒烯衍生物PC71BM混合制備本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池器件,通過調(diào)控活性材料的配比、活性層的厚度等方法來優(yōu)化器件的光伏性能,使用太陽光模擬系統(tǒng)、原子力顯微鏡、空間電荷限制電流方法研究目標(biāo)聚合物的結(jié)構(gòu)與太陽能電池光伏性能的關(guān)系。結(jié)果表明：PF11和PF13分別與PC71BM混合制備的薄膜具有較大的空穴遷移率,分別為5.14×10-5和1.45×10-4 cm2/(Vs)�；诖怂膫�聚合物的太陽能電池器件都具有良好的穩(wěn)定性和高的開路電壓值。其中,用PF11與PC71BM按質(zhì)量比1：4混合制備的光伏器件性能最好,其效率達(dá)到3.07%, 同時Voc為0.99V,Jsc為7.85 mA/cm2,填充因子.為39.5%。論文的第四章和第五章初步探索了另外兩個新型環(huán)戊二噻吩基和茚并芴基給電子單體的合成與光伏應(yīng)用論文的第六章對本論文的主要研究成果進(jìn)行了總結(jié)。
[Abstract]:In recent years, polymer solar cells have attracted wide attention due to their advantages of light weight, large area preparation, low cost and flexibility and bending. Due to the low carrier mobility and the mismatch between absorption spectrum and solar spectrum, the polymer solar cells are still far from practical application. The introduction of conjugated polymer photovoltaic materials, such as electron monomers, electron absorbent monomers (D-A), can reduce the band gap. The absorption of solar light in infrared and near infrared regions is enhanced, which is beneficial to improve the energy conversion efficiency of solar cell devices. The trapezoidal dense aromatic hydrocarbons have the advantages of low highest occupied molecular orbital occupied molecular orbital (HOMOA) energy level and high hole mobility. If they are used to prepare D-A conjugated polymers, It will be helpful to improve the Voc and short-circuit current density of photovoltaic devices and improve the efficiency of polymer solar cells. In the first chapter, the research progress of polymer solar cells was reviewed. In chapter 2, we designed and synthesized binaphthalene and gave electron monomers. And with 4H 7- dioxy 5- bromo-2-thiophenyl-2 thiophene 1, 3- benzothiadiazolium 4- 7- dioxothiophene-2-bromothiophene-5-(butanoxy)-benzothiadiazolium-6-difluorothiadiazolium-6-difluorothiadiazole-4-difluorothiophenyl-difluorothiophene-2-dithiophenyl-1-triphenyl-triazole and 58-dioxy-5-bromothiophene-2-butanediazole-5-bromothiophene-2-butanediazole-5-difluorothiadiazole. A series of conjugated polymers, such as PF11, PF12, PF13 and PF14, were synthesized by Suzuki coupling polymerization of iso-absorbent monomers. Nuclear magnetic resonance (NMR), high resolution mass spectrometry (HRMS) and elemental analyzer were used to characterize the molecular weight and molecular weight distribution of the polymer by gel permeation chromatography. The optical and electrochemical properties of the target polymer were tested and analyzed by UV-Vis spectrophotometer and electrochemical workstation. The results show that the four polymers prepared in this paper have low HOMO level. The range is -5.59 ~ 5.72 EV, and the optical band gap is 1.96 ~ 2.00 ~ 2.02 and 2.09 EV respectively, which indicates that this kind of polymer has the potential to be used as Guang Min active material in the solar cell of polymer. Chapter 3 uses the synthesized Dinaphthalene derivative copolymers as the derivative copolymers. Type p semiconductor material, Bulk heterojunction polymer solar cell devices were prepared by mixing with fullerene derivative PC71BM. The photovoltaic properties of the devices were optimized by adjusting the ratio of active materials and the thickness of active layers. The photovoltaic properties were optimized by means of solar light simulation system and atomic force microscope. The relationship between the structure of the target polymer and the photovoltaic properties of solar cells is studied by space charge limiting current method. The results show that the films prepared by mixing PC71BM with PC71BM have higher hole mobility. They are 5.14 脳 10 ~ (-5) and 1.45 脳 10 ~ (-4) cm ~ (-2) / V _ (sl) respectively. The solar cell devices based on these four polymers have good stability and high open-circuit voltage. Among them, the photovoltaic devices mixed with PF11 and PC71BM have the best performance according to the mass ratio of 1: 4. The efficiency is 3.07, and Voc is 0.99V, Jsc is 7.85 Ma / cm ~ 2, filling factor is 39.5.The chapter 4th and 5th of this paper preliminarily explore the synthesis and photovoltaic application of two other novel cyclopentylthiophene and ninhydrin fluorene donor monomers. Chapter six summarizes the main research results of this paper.
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4

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本文編號：1570659