在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程中,能源一直以來都是一個關(guān)乎每個人的至關(guān)重要的問題。隨著對能源的需求不斷增加,發(fā)展新型能源,優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)刻不容緩。太陽能因其清潔、無污染等特點(diǎn)受到了人們的廣泛關(guān)注。在此背景下,有機(jī)太陽能電池應(yīng)運(yùn)而生。聚合物太陽能電池因其低成本、易制造和具有機(jī)械柔性深受科研工作者們的關(guān)注。近年來,聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率快速提高,目前,單結(jié)聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了 13%。然而,有機(jī)太陽能電池要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用還面臨很多問題。因此,研究者們?nèi)匀辉跒榱擞袡C(jī)太陽能電池早日實(shí)現(xiàn)商業(yè)化而奮斗。在此,我們設(shè)計(jì)并合成了一系列聚合物光敏材料,并利用核磁共振對所合成的聚合物進(jìn)行了表征,利用熱失重分析、紫外-可見光譜、循環(huán)伏安測試等對所合成的聚合物的熱性能、光物理性能和電化學(xué)性能進(jìn)行了研究,并對聚合物的光伏性能進(jìn)行了測試和表征,其主要結(jié)果如下:1.通過鈀催化的Stille偶聯(lián)聚合反應(yīng),合成了由苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(BDT)為給電子單元,苯并[c][1,2,5]噻二唑?yàn)槿彪娮訂卧?呋喃和噻吩為π橋的兩個無規(guī)共輒聚合物P1和P2。這兩個聚合物都具有良好的溶解性和熱穩(wěn)定性。同時,π橋單元顯著地影響了分子的結(jié)構(gòu)從而影響共軛聚合物的光電性能,如聚合物P1和P2的紫外-可見吸收光譜的吸收峰由516 nm紅移到568 nm,帶隙也由1.62 eV調(diào)整到1.66 eV�；赑1和P2為給體材料,PC61BM為受體材料的聚合物太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率分別為0.35%和1.21%。顯然地,以呋喃為π橋的聚合物P2的能量轉(zhuǎn)換效率高于以噻吩為π橋的聚合物P1的能量轉(zhuǎn)換效率。研究結(jié)果表明:呋喃作為π橋更有利于提高D-π-A共軛聚合物的光伏性能。這一結(jié)果為我們設(shè)計(jì)高性能光伏材料提供了新的思路。2.合成了一系列包含兩種不同缺電子單元(TPD和DPP)的DFDT-TPD-DPP無規(guī)共軛聚合物,這類共軛聚合物在400-900 nm范圍內(nèi)具有強(qiáng)吸收。由于在共輒主鏈中引入了具有強(qiáng)吸電子能力的DPP單元作為第二受體,隨著DPP單元的比例增大,聚合物表現(xiàn)出寬的吸收光譜和低的HOMO能級。在優(yōu)化的條件下,基于P6的聚合物太陽能電池(PSCs)表現(xiàn)出了 3.80%的能量轉(zhuǎn)化效率(PCE),0.73 V的開路電壓(Voc),7.87 mAcm-2的短路電流(Jsc)和66.0%的填充因子(FF)。研究結(jié)果表明:在無規(guī)共軛聚合物中引入適當(dāng)?shù)牡诙荏w單元是一個擴(kuò)寬聚合物吸收光譜,調(diào)節(jié)聚合物能級,從而提高聚合物光伏性能的有效方法。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O631
【部分圖文】：

??１．２聚合物太陽能電池研究進(jìn)展??１．２．１聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)??多年來，聚合物太陽能電池器件結(jié)構(gòu)幾經(jīng)優(yōu)化改進(jìn)，現(xiàn)在己經(jīng)發(fā)展有單層器??件、雙層器件、本體異質(zhì)結(jié)器件（ＢＨＪ）和疊層器件。這些器件結(jié)構(gòu)極大豐富了??聚合物給體材料的測試條件，助力太陽能電池性能得到進(jìn)一步提升。??１．２．１．１單結(jié)器件??單層器件開發(fā)較早，器件結(jié)構(gòu)也比較簡單，是由夾在不同功函電極之間的單??一光敏活性材料構(gòu)成（如圖１．１所示）［６］。其工作原理也較簡單，當(dāng)電池光敏材??料受到合適波長的陽光照射時，光敏材料就會吸收光子發(fā)生電子躍遷，產(chǎn)生激子??（電子－空穴對）并向陰、陽兩極擴(kuò)散，當(dāng)?shù)竭_(dá)金屬電極和ＩＴＯ電極時，激子發(fā)??生裂解，裂解形成的電子被低功函的金屬電極捕獲，同時裂解形成的空穴被ＩＴＯ??Ｌ?Ｗ?ｊ??

．１．２．１．３本體異質(zhì)結(jié)（ＢＨＪ）器件??ＢＨＪ器件是目前應(yīng)用最多最廣泛的有機(jī)太陽能器件結(jié)構(gòu)，主要分為三個部導(dǎo)電玻璃ＩＴＯ為正極；給電子聚合物和小分子與拉電子的聚合物、小分子或??ＰＣＢＭ衍生物互混形成相分離結(jié)構(gòu)較好的薄膜作為光敏活性層；Ａ１金屬為負(fù)極［８］其具體結(jié)構(gòu)如圖〇所示，我們能從圖中看出，光敏活性層中Ｄ／Ａ分子形成了比??

?■??陰極界面??圖１．４本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池工作的結(jié)構(gòu)原理示意圖??１．２．２．１激子的產(chǎn)生??當(dāng)太陽光透過ＩＴＯ玻璃照射光敏活性層時，通常來說，光敏材料會吸收不??同能隙的光子，其中吸收能隙（Ａ）比光敏材料＆更大的光子才能夠順利產(chǎn)生??激子。吸收光子后，一般地，光敏給體結(jié)構(gòu)單元基態(tài)電子會躍遷到高能帶，當(dāng)電??子到達(dá)ＬＵＭＯ能級時便形成了不穩(wěn)定的電子－空穴對，這就是激子。當(dāng)ＢＨＪ?ＰＳＣｓ??能夠吸收更多的太陽光子并且越多的光子產(chǎn)生了激子，那么，這種電池利用太陽??能的效率就會越高［８］。太陽以輻射的形式攜帶巨大的能量進(jìn)入地球大氣圈后，其??能量主要集中分布在紅外區(qū)和近紅外區(qū)（７００?ｎｍ左右）。而早期的幾個經(jīng)典的??聚合物光敏材料如ＭＥＨ－ＰＰＶ［９］、ＰＡ［１Ｑ］、ＰＴｈｓ和ＰＳＨＴ［ｎ］，作為活性層給體材料??時
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李大偉;高冬;王波;王艷景;邢成芬;;基于共軛聚合物的二氧化碳檢測及吸附研究進(jìn)展[J];河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2018年06期

2 崔倩玲;葉榮琴;李立東;;基于能量轉(zhuǎn)移機(jī)理的水溶性熒光共軛聚合物體系的設(shè)計(jì)制備及應(yīng)用[J];影像科學(xué)與光化學(xué);2017年04期

3 李鳴鳳;;熒光共軛聚合物傳感器研究進(jìn)展[J];重慶科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年04期

4 李慧;梁小蕊;王坤;周鳴宇;;有機(jī)共軛聚合物概述[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報;2012年05期

5 馬云龍;生瑜;;水溶性共軛聚合物在熒光傳感器上的應(yīng)用進(jìn)展[J];廣州化工;2012年07期

6 陳彥國;徐保明;何治柯;謝衛(wèi)紅;;水溶性熒光共軛聚合物在檢測出血熱病毒中的應(yīng)用[J];化學(xué)學(xué)報;2011年11期

7 王振杰;聶登攀;耿家銳;李志遠(yuǎn);何灝;;導(dǎo)電共軛聚合物的制備與應(yīng)用[J];工程塑料應(yīng)用;2010年05期

8 支俊格;徐秀玲;申進(jìn)波;趙瑋;佟斌;董宇平;;熒光共軛聚合物在生物大分子檢測中的應(yīng)用[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年04期

9 趙達(dá)慧;;共軛聚合物為基礎(chǔ)的熒光傳感器[J];大學(xué)化學(xué);2007年03期

10 陳潤鋒;范曲立;鄭超;汪聯(lián)輝;黃維;;含硅共軛聚合物電致發(fā)光材料研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報;2006年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李杰;含特異性打斷鏈接的水溶性共軛聚合物的合成、表征及其生物應(yīng)用[D];南京郵電大學(xué);2017年

2 胡洪超;偶氮苯共軛聚合物的合成及其在聚合物太陽能電池中的應(yīng)用研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2016年

3 陳昊彬;共軛聚合物納米材料在生物影像檢測與腫瘤診療中的應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2018年

4 劉豐;含芘類梯型共軛齊聚物和受體型梯型共軛聚合物的設(shè)計(jì)合成[D];河北大學(xué);2018年

5 唐石云;陽離子共軛聚合物在生物傳感中的研究和應(yīng)用[D];湖南大學(xué);2015年

6 曾文南;聚芳烴二炔類水溶性共軛聚合物的合成及其在傳感器中的應(yīng)用研究[D];華南理工大學(xué);2010年

7 張大成;有機(jī)共軛聚合物中的再激發(fā)及晶格振動研究[D];山東大學(xué);2005年

8 劉應(yīng)良;一些光電功能聚合物的合成及其性能表征[D];鄭州大學(xué);2006年

9 陳潤鋒;聚雜芴的合成、結(jié)構(gòu)和光電性能[D];復(fù)旦大學(xué);2006年

10 張濤;熒光共軛聚合物傳感器與便攜式玉米成分快速分析儀研究[D];吉林大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉宇;基于氮雜異靛藍(lán)衍生物的共軛聚合物的合成及其場效應(yīng)晶體管性能的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2018年

2 戴艷榮;雙（2-氧代-7-氮雜吲哚-3-亞基）苯并二呋喃二酮基共軛聚合物的合成與場效應(yīng)晶體管性能的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2018年

3 竹芯;D-A型共軛聚合物設(shè)計(jì)、合成及光電性能研究[D];蘇州大學(xué);2017年

4 王梓鑒;有機(jī)共軛聚合物光催化分解水制氫的性能研究[D];陜西師范大學(xué);2018年

5 翟利偉;基于水溶性共軛聚合物的抗菌及藥物釋放研究[D];陜西師范大學(xué);2018年

6 曹曉東;含芘或富勒烯支鏈芴基醇溶性共軛聚合物的合成及表征[D];蘭州交通大學(xué);2018年

7 王芳;可交聯(lián)苯并二噻吩基窄帶隙共軛聚合物的合成與表征[D];蘭州交通大學(xué);2018年

8 田文;通過新型炔類單體聚合合成功能共軛高分子[D];華南理工大學(xué);2018年

9 潘艷銳;基于共軛聚合物的核酸檢測以及AIE光敏劑設(shè)計(jì)和光動力學(xué)性能研究[D];南京郵電大學(xué);2018年

10 陳昊;兩性離子型水溶性共軛聚合物的設(shè)計(jì)合成、表征及生物應(yīng)用[D];南京郵電大學(xué);2018年

本文編號：2891257