本文選題：共軛聚合物 + 側(cè)鏈　； 參考：《東南大學》2017年碩士論文

【摘要】：共軛聚合物具有廣泛的原料來源,良好的結(jié)構(gòu)可調(diào)控性、可制成柔性器件等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于太陽能電池和有機場效應(yīng)晶體管等電子器件中。共軛聚合物的性質(zhì)很大程度上決定了器件的性能,聚合物結(jié)構(gòu)的優(yōu)化主要有主鏈調(diào)控和側(cè)鏈調(diào)控兩種方法。本文主要側(cè)重于側(cè)鏈末端功能化方法。通過側(cè)鏈末端功能化可以增加聚合物的分子聚集性,建立連續(xù)的電荷傳輸通道,有利于載流子遷移率的提高。此外,將聚合物和高導(dǎo)電性的碳材料復(fù)合,并對側(cè)鏈進行修飾增強聚合物與碳材料之間的相溶性性,有望提高其導(dǎo)電性。本論文通過側(cè)鏈調(diào)控共軛聚合物與高導(dǎo)電性的氧化石墨烯復(fù)合用于本體異質(zhì)結(jié)的的空穴傳輸層有望提高光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。我們主要展開了以下工作:1)鑒于共軛聚合物用于空穴傳輸材料的載流子遷移率較低,將共軛聚合物材料與氧化石墨烯復(fù)合有望提高其導(dǎo)電性。但有機聚合物和氧化石墨烯之間的相容性差,共混時易形成宏觀相分離,界面接觸不好,難以形成連續(xù)的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),不利于激子的分離和電荷的傳輸。為改善其復(fù)合界面性質(zhì),我們合成了側(cè)鏈含芘的分別基于聚咔唑和聚苯并噻二吩-咔唑的聚合物PPOC和PPOCBDT。分別嘗試用聚合物與GO混合涂膜和GO+聚合物+GO三層膜兩種方式復(fù)合,發(fā)現(xiàn)混合涂膜的膜形貌較差,最后采用了三層膜的復(fù)合方式。聚合物通過芘以非共價鍵與氧化石墨烯復(fù)合,增加了其空穴傳輸性能,提高了本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。同時平面性更好的PPOCBDT與GO的復(fù)合更好,光電轉(zhuǎn)換效率較高,此外,還研究了基于PPOCBDT和不同厚度的GO對光電轉(zhuǎn)換效率的影響。2)基于咔唑-吡咯并吡咯基團為主鏈單元,制備得到了一系列聚合物PCDPP、PPOCDPP和PCCDPP。其中在聚合物PPOCDPP和PCCDPP烷基側(cè)鏈分別修飾不同的稠環(huán)單元芘和咔唑基團。系統(tǒng)探索了側(cè)鏈末端功能化對聚合物光吸收性能、電化學以及光電性能和熱穩(wěn)定性等方面的影響以及結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。研究結(jié)果表明聚合物PPOCDPP與PCCDPP的分子聚集性得到了增強,形成了短程有序聚集體,最終增加了聚合物的載流子遷移率。咔唑?qū)酆衔锏慕Y(jié)晶度有抑制作用,而芘沒有影響,所以含芘的載流子遷移率為最高。3)基于苯并噻二唑為受體單元,分別以咔唑以及烷基末端芘修飾的咔唑為給體單元合成了聚合物PCBT和PPOCBT。系統(tǒng)探索了側(cè)鏈末端芘修飾對聚合物光吸收性能、性能、電化學以及光電性能的影響。發(fā)現(xiàn)對于以咔唑和苯并噻二唑為主鏈單元的聚合物材料,芘基團對其性能影響較小。這可能歸因于聚合物主鏈分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移較弱,聚集較為無序,使得芘基團難以起到橋聯(lián)作用。且由于兩種聚合物和富勒烯衍生物共混都可以獲得較為均勻的共混膜,兩種聚合物的光電轉(zhuǎn)換效率相差不大。
[Abstract]:Conjugated polymers are widely used in solar cells, airfield effect transistors and other electronic devices because of their wide range of raw materials, good structural controllability, flexible devices and so on. The properties of conjugated polymers largely determine the performance of the devices. There are two methods to optimize the polymer structure: main chain control and side chain control. This paper mainly focuses on the method of side chain terminal functionalization. The side chain end functionalization can increase the molecular aggregation of the polymer, and establish a continuous charge transfer channel, which is beneficial to the increase of carrier mobility. In addition, it is expected to improve the conductivity of the polymer by combining the polymer with the high conductivity carbon material and modifying the side chain to enhance the compatibility between the polymer and the carbon material. In this paper, the side chain controlled conjugated polymer and high conductivity graphene oxide composite used in bulk heterojunction hole transport layer is expected to improve the photoelectric conversion efficiency and stability. In view of the low carrier mobility of conjugated polymers for hole transport materials, it is possible to improve the conductivity of conjugated polymers by combining them with graphene oxide. However, the compatibility between organic polymers and graphene oxide is poor, the macroscopic phase separation is easy to be formed during blending, the interface contact is not good, and it is difficult to form a continuous interpenetrating network structure, which is not conducive to the separation of excitons and the transport of charges. In order to improve the composite interfacial properties, we synthesized polycarbazole and polybenzothiophene-carbazole based polymers PPOC and PPOCBDTs with pyrene in side chain, respectively. It was found that the film morphology of the mixed coating was poor, and the composite mode of three layers was adopted. The polymer is composed of pyrene and graphene oxide by non-covalent bonding, which increases its hole transport performance and improves the photoelectric conversion efficiency of bulk heterojunction solar cells. In addition, the effect of PPOCBDT and go on photoconversion efficiency was studied based on carbazole-pyrrole group as main chain unit. A series of polymers, PCDPPP-PPOCDPP and PCCDPPPPP, were prepared. The polycyclic pyrene and carbazole groups were modified in the alkyl side chains of polymer PPOCDPP and PCCDPP, respectively. The effects of side chain terminal functionalization on the optical absorption, electrochemical, photoelectric and thermal stability of the polymer and the relationship between the structure and the properties of the polymer were systematically investigated. The results show that the molecular aggregation of polymer PPOCDPP and PCCDPP is enhanced, resulting in a short-range ordered aggregation, which increases the carrier mobility of the polymer. Carbazole inhibits the crystallinity of the polymer, but pyrene has no effect, so the carrier mobility of pyrene is the highest. 3) based on benzothiadiazole as the receptor unit, Polymers PCBT and PPOCBT were synthesized by using carbazole and carbazole modified by alkyl terminal pyrene as donor units respectively. The effects of pyrene modification on the photoabsorption, electrochemistry and optoelectronic properties of the polymer were systematically investigated. It was found that the pyrene group had little effect on the properties of the polymer with carbazole and benzothiadiazole as main chain units. This may be attributed to the weak intramolecular charge transfer and disordered aggregation of the main chain of the polymer, which makes it difficult for the pyrene group to bridge. Because the two kinds of polymers and fullerene derivatives can be blended to obtain a more uniform blend film, the photoelectric conversion efficiency of the two polymers is not different.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O631;TB33

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本文編號：1885708