發(fā)布時間：2017-03-26 19:19

  本文關鍵詞：稠環(huán)噻吩類窄帶隙聚合物的設計及光電性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：帶寬小于2.0 eV,基于電子給體-電子受體交替共聚的窄帶隙聚合物已經(jīng)成為聚合物太陽能電池研究的主流。目前,大多數(shù)窄帶隙聚合物難以均衡帶隙控制,載流子遷移率以及能級排列問題,本論文的主要工作是設計合成一系列結(jié)構(gòu)新穎的電子給體單元、電子受體單元,以及基于電子給體-電子受體交替共聚的窄帶隙聚合物太陽能電池材料�？疾炀酆衔锏墓庾V和電化學性質(zhì),優(yōu)化聚合物太陽能電池器件的工藝條件,研究聚合物結(jié)構(gòu)對器件光伏性能的影響,揭示共軛結(jié)構(gòu)對聚合物帶隙、吸收光譜以及能級排列的影響,開發(fā)高性能的太陽能電池材料。本論文第二章中,以咔唑橋連三苯基胺基團作為電子給體單元和電子受體單元吡咯并吡咯二酮(DPP),噻唑并[5,4-d]噻唑(TTz)共聚合成兩種二維窄帶隙聚合物PTCDPP和PTCTTz。討論了不同電子受體單元對聚合物光譜吸收,電化學性能的影響,探討了咔唑單元作為二維側(cè)鏈對PTCDPP的光伏性能的影響。優(yōu)化基于PTCDPP的太陽能電池器件FTO/Ti02/PTCDPP:PCBM/Mo03/Al的光電轉(zhuǎn)化效率,考慮PTCDPP:PCBM質(zhì)量比,活性層的退火工藝,高沸點溶劑添加劑的使用等因素的影響發(fā)現(xiàn)：最優(yōu)的器件效率是活性層PTCDPP:PCBM (1:4, w/w)用3%(v/v)1,8-二碘辛烷(DIO)的鄰二氯苯溶液成膜,80℃退火后得到,器件參數(shù)為PCE= 2.65%,Jsc= 4.47 mA/cm2, Voc= 0.80 V, FF= 0.37。此系列聚合物的開發(fā)針對空穴遷移率與吸收波譜難以均衡,從聚合物結(jié)構(gòu)設計上提出了一種新的設計方法。第三章以苯并三噻吩(BTT)為電子供體單元,和DPP, TTz,噻吩吡咯二酮(TPD)和二噻唑并[4,5-g]喹喔啉(DTBTQx)等電子受體單元交替共聚得到一系列光學帶寬1.20 eV-1.80 eV的窄帶隙聚合物PBTTDPP, PBTTTTz, PBTTTPD和PBTTDTBTQx,分析不同電子受體結(jié)構(gòu)對聚合物帶隙、吸收光譜、能級排列的作用機制。應用于聚合物太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT4083 (40 nm)/聚合物:PC71BM (80 nm)/Al (80 nm),考慮不同的聚合物/PC71BM質(zhì)量比,加入聚[(9,9-二辛基-2,7-芴)-并(9,9-雙(3’-(N,N-二甲氨基)丙基)-2,7-芴)](PFN)層等因素的優(yōu)化工藝,活性層PBTTTTz:PC71BM (1:1, w/w)沒有加PFN層的器件取得了PCE為1.38%,Jsc為5.46 mA/cm2, Foc為0.51 V,FF為0.50的結(jié)果。上述光伏器件的優(yōu)化條件為BTT基窄帶隙聚合物的器件優(yōu)化提供了一定的借鑒。第四章以萘并二噻吩(NDT)單元和DPP, TTz, TPD和DTBTQx等受體單元采用直接芳基化聚合反應的方法得到一系列的聚合物PNDTDPP, PNDTTTz, PNDTTPD和PNDTDTBTQx。此系列聚合物的光學帶寬在1.20 eV～1.80 eV, HOMO能級為-4.94 eV～-5.28 eV, LUMO能級為-3.42 eV～-3.77 eV,聚合物具有良好的溶解性和成膜性能,希望能得到Jsc比較高的高性能太陽能電池材料。目前基于這類聚合物的太陽能電池器件檢測正在進行中。第五章中通過在雙溴代的苯環(huán)上閉環(huán)反應得到4,8-二溴苯并呋喃[5,6-b]呋喃的中間產(chǎn)物,通過典型的鈀催化下金屬轉(zhuǎn)移的偶聯(lián)反應如Suzuki, Still等反應可以得到4,8位取代基修飾苯并二呋喃(BDF)單元,避免了以苯并二呋喃4,8-二酮作為中間產(chǎn)物,通過類似苯并二噻吩(BDT)衍生物的拓展方式帶來的限制。本章中以4,8-二溴苯并呋喃[5,6-b]呋喃為中間產(chǎn)物合成了幾種BDF單元衍生物的電子供體：巰烷基取代BDF單元(BDF-S),三異丙基硅炔基取代BDF單元(TIPSBDF),烷基噻吩基取代BDF單元(BDFT),巰烷基噻吩基取代BDF單元(BDFT-S),并和電子受體單元DPP, TTz和DTBTQx等Still聚合得到了一系列的聚合物。分析不同電子受體單元以及不同給體單元對聚合物帶隙、吸收光譜、能級排列的作用機制。目前基于這類聚合物的太陽能電池器件測試正在進行中。
【關鍵詞】：聚合物太陽能電池 窄帶隙聚合物 苯并[1 2-b:3 4-b’:5 6-d"]三噻吩 苯并呋喃[5 6-b]呋喃
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O631.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 常用英文縮寫注釋表12-14
• 1 緒論14-38
• 1.1 引言14-15
• 1.2 有機太陽能電池發(fā)展概況15-17
• 1.3 有機聚合物太陽電池的結(jié)構(gòu)和工作原理17-18
• 1.3.1 有機聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)17
• 1.3.2 有機聚合物太陽能電池的工作原理17-18
• 1.4 聚合物太陽能電池的性能表征18-20
• 1.4.1 聚合物太陽能電池的相關參數(shù)18-20
• 1.5 聚合物太陽能電池材料的能級設計與活性層工藝20-21
• 1.6 聚合物太陽能電池材料21-37
• 1.6.1 聚合物太陽能受體材料21-22
• 1.6.2 聚合物太陽能給體材料22-36
• 1.6.3 高效率聚合物太陽能電池研究關鍵36-37
• 1.7 本論文的研究思路和主要內(nèi)容37-38
• 1.7.1 本論文的研究思路和主要內(nèi)容37-38
• 2 咔唑橋連三苯胺的二維窄帶隙聚合物38-57
• 2.1 引言38-40
• 2.2 實驗部分40-47
• 2.2.1 實驗藥品40-41
• 2.2.2 表征設備與儀器41
• 2.2.3 單體和聚合物的合成41-47
• 2.3 結(jié)果與討論47-57
• 2.3.1 聚合物的分子量47-48
• 2.3.2 聚合物的熱學性質(zhì)48-49
• 2.3.3 聚合物的光學性質(zhì)49-50
• 2.3.4 聚合物的電化學性質(zhì)50-52
• 2.3.5 聚合物器件的光伏性能52-55
• 2.3.6 本章小結(jié)55-57
• 3 苯并[1,2-b：3,4-b’：5,6-d”]三噻吩的窄帶隙聚合物57-78
• 3.1 引言57-59
• 3.2 實驗部分59-69
• 3.2.1 原料與試劑59
• 3.2.2 表征設備與儀器59-60
• 3.2.3 單體和聚合物的合成60-69
• 3.3 結(jié)果與討論69-78
• 3.3.1 聚合物的分子量69
• 3.3.2 聚合物的熱學性質(zhì)69-70
• 3.3.3 聚合物的光學性質(zhì)70-72
• 3.3.4 聚合物的電化學性質(zhì)72-74
• 3.3.5 聚合物器件的光伏性能74-77
• 3.3.6 本章小結(jié)77-78
• 4 萘并[2,1-b：3,4-b’]二噻吩的窄帶隙聚合物78-89
• 4.1 引言78-79
• 4.2 實驗部分79-83
• 4.2.1 原料與試劑79
• 4.2.2 表征設備與儀器79
• 4.2.3 單體和聚合物的合成79-83
• 4.3 結(jié)果與討論83-89
• 4.3.1 聚合物的分子量83-84
• 4.3.2 聚合物的熱學性質(zhì)84
• 4.3.3 聚合物的光學性質(zhì)84-86
• 4.3.4 聚合物的電化學性質(zhì)86-88
• 4.3.5 本章小結(jié)88-89
• 5 苯并二呋喃稠環(huán)的構(gòu)建以及其窄帶隙聚合物89-112
• 5.1 引言89-90
• 5.2 實驗部分90-103
• 5.2.1 原料與試劑90
• 5.2.2 表征設備與儀器90-91
• 5.2.3 單體和聚合物的合成91-103
• 5.3 結(jié)果與討論103-112
• 5.3.1 聚合物的分子量103-104
• 5.3.2 聚合物的熱學性質(zhì)104
• 5.3.3 聚合物的光學性質(zhì)104-108
• 5.3.4 聚合物的電化學性質(zhì)108-110
• 5.3.5 本章小結(jié)110-112
• 6 結(jié)論112-116
• 6.1 結(jié)論112-114
• 6.2 本論文的創(chuàng)新之處114-115
• 6.3 展望115-116
• 參考文獻116-138
• 致謝138-139
• 附錄139-141
• 附圖141-172

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