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聚合物太阳能电池材料的设计合成与性能研究

作　者: 刘香菊
导　师: 彭强
学　校: 南昌航空大学
专　业: 应用化学
关键词: 聚合物太阳能电池 低能带隙 共聚物 苯并二噻吩
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


聚合物太阳能电池由于不仅具有材料来源广泛、价格便宜、工艺简单、柔韧性好等特点，而且通过对聚合物太阳能电池材料的设计可以调控光伏器件的性能而得到广泛的关注。本文主要对聚合物太阳能电池的原理及结构进行了简要介绍，概述了其研究现状及发展趋势；设计并合成了18种新型的Donor-Acceptor结构的共轭聚合物光伏材料，并对它们的结构、分子量、热稳定性能、光物理性能和电化学性能进行了测试和分析。（1）设计合成了氟硼二吡咯结构衍生物，与噻吩、4,8-二烷氧基苯并二噻吩和4,8-二噻吩苯并二噻吩衍生物通过Stille偶联反应合成了6个新型的D-A型共聚物。对它们进行热失重分析发现它们具有良好的热稳定性能；紫外可见吸收光谱测得PBPT1、PBPBT1、PBPBTT1、PBPT2、PBPBT2和PBPBTT2固体薄膜的最大吸收峰分别为580nm、589nm、587nm、600nm、604nm和603nm；实验显示它们具有宽收光谱，且覆盖了整个可见光区。这6个聚合物的电化学能带隙和光学能带隙测试的结果相近，属于低能带隙聚合物的范畴。（2）设计合成了带三噻吩侧链的苯并二噻吩衍生物，与九种不同的双溴化合物进行共聚合成出9个新型的D-A型共聚物。对它们进行热失重分析发现它们具有良好的热稳定性能。紫外可见吸收光谱测得PBDBT1、PBDBT2、PBDBT3、PBDBT4、PBDBT5、PBDBT6、PBDBT7、PBDBT8和PBDBT9固体薄膜的最大吸收峰分别为590nm、605nm、625nm、591nm、536nm、694nm、600nm、771nm和588nm；实验显示它们具有宽吸收光谱，且覆盖了整个可见光区。这9个聚合物的电化学能带隙和光学能带隙的测试结果相近，属于低能带隙聚合物的范畴。（3）合成了以三噻吩并苯衍生物为电子给体，苯并噻二唑衍生物、苯并恶二唑衍生物和吡咯并吡咯二酮衍生物作为电子受体合成了3种新型的D-A型共聚物。对它们进行热失重分析发现它们具有良好的热稳定性能。紫外可见吸收光谱测得聚合物PBODP固体薄膜的最大吸收峰为773nm，吸收光谱较宽，且覆盖整个可见光区。聚合物PBODP的电化学能带隙和光学能带隙的测试结果相近，属于低能带隙聚合物的范畴。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章 绪论  10-38
  1.1 引言  10
  1.2 聚合物太阳能电池的发展  10-12
  1.3 聚合物太阳能电池的结构  12-13
  1.4 聚合物太阳能电池的工作原理  13-14
    1.4.1 吸收光子产生激子  13-14
    1.4.2 激子的扩散  14
    1.4.3 电荷的分离  14
    1.4.4 电荷的传输与收集  14
  1.5 聚合物太阳能电池的性能参数  14-16
    1.5.1 短路电流 Isc  15
    1.5.2 开路电压 Voc  15
    1.5.3 填充因子 FF  15
    1.5.4 能量转换效率 PCE  15-16
    1.5.5 外量子效率 IPCE  16
  1.6 聚合物太阳能电池材料  16-37
    1.6.1 受体材料  16-18
    1.6.2 给体材料  18-37
  1.7 论文的研究内容和创新点  37-38
    1.7.1 研究内容  37
    1.7.2 创新点  37-38
第二章 含氟硼二吡咯共聚物的合成与表征  38-55
  2.1 引言  38
  2.2 实验部分  38-50
    2.2.1 试剂及测试  38
    2.2.2 单体和聚合物的合成  38-50
  2.3 结果与讨论  50-54
    2.3.1 单体和聚合物的合成  50-51
    2.3.2 热稳定性分析  51
    2.3.3 紫外-可见吸收光谱  51-52
    2.3.4 循环伏安分析  52-54
  2.4 本章小结  54-55
第三章 含 4,8-二三噻吩苯并二噻吩共聚物的合成与表征  55-79
  3.1 引言  55
  3.2 实验部分  55-72
    3.2.1 试剂及测试  55
    3.2.2 单体和聚合物的合成  55-72
  3.3 结果与讨论  72-77
    3.3.1 单体和聚合物的合成  72-73
    3.3.2 热稳定分析  73-74
    3.3.3 紫外-可见吸收光谱  74-76
    3.3.4 循环伏安分析  76-77
  3.4 本章小结  77-79
第4章 含苯并三噻吩共聚物的合成与表征  79-88
  4.1 引言  79
  4.2 实验部分  79-84
    4.2.1 试剂及测试  79
    4.2.2 单体和聚合物的合成  79-84
  4.3 结果与讨论  84-86
    4.3.1 单体和聚合物的合成  84
    4.3.2 热稳定分析  84-85
    4.3.3 紫外-可见吸收光谱  85-86
    4.3.4 循环伏安分析  86
  4.4 本章小结  86-88
第5章 总结和展望  88-90
  5.1 总结  88-89
  5.2 展望  89-90
参考文献  90-100
攻读硕士期间发表的论文  100-101
致谢  101-102
附录 1 实验所用药品和试剂  102-105
附录 2 实验所用仪器及检测仪器  105-106
附录 3 单体和聚合物的核磁谱图  106-154

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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