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1，2，3-苯并三氮唑基聚合物的合成及其光伏性能研究

作　者: 张振华
导　师: 潘春跃；邹应萍
学　校: 中南大学
专　业: 有机化学
关键词: 苯并三氮唑 共轭聚合物 聚合物太阳能电池 窄带隙
分类号: O633.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本论文设计合成了三个体系的苯并三氮唑基新型共轭聚合物太阳能电池新材料。分别以它们为活性层材料,制备了本体异质结光伏器件,讨论了光活性材料,形貌等与光伏器件性能的关系。具体如下：(1)将二噻吩苯并三氮唑(DTBTz)和对苯乙烯撑(PPV)通过Heck反应合成了两个聚合物MOPPVDTBTz (P1)和PPVDTBTz (P2),聚合物的结构通过1H NMR表征。它们的光学和电化学性质分别通过紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和循环伏安(CV)测量。吸收光谱表明这两个聚合物有好的太阳光吸收能力(MOPPVDTBTz的吸收范围为300-752nm;PPVDTBTz的吸收范围为300-654 nm)以及良好的光学带隙,能带位于1.6—1.9 eV之间。初步光伏器件结果表明这两个聚合物显示了一些光伏性能(MOPPVDTBTz和PPVDTBTz在AM1.5：100 mW／cm2下的能量转换效率分别为0.36%和0.4%)。(2)通过Stille偶联反应合成了苯并二噻吩与二噻吩苯并三氮唑或苯并三氮唑基聚合物衍生物PBDTDTBTz和PBDTBTz,对这两个聚合物进行了详细表征。它们都有很好的光学吸收,膜的最大吸收峰分别为527 nm和562 nm。在AM 1.5,100 mW／cm2光照下,器件结构为ITO/PEDOT:PSS/polymer:PC71BM (1：4)/Ca/Al,基于PBDTDTBTz和PBDTBTz的光伏器件的能量转换效率分别为1.7%和1.4%。结果表明苯并三氮唑(BTz)基共轭聚合物是一类很有前景的光伏材料。(3)通过Suzuki偶联反应合成了一种新的二噻吩苯并三氮唑基共轭聚合物PCDTBTz,对其进行了详细的表征。研究发现,该聚合物能溶解于常用的有机溶剂,如氯仿、四氢呋喃、氯苯等溶剂,且具有很好的成膜性能。PCDTBTz的吸收范围为300-610 nm。用PCDTBTz作为太阳能电池的给体材料,PC60BM作为受体材料制备了聚合物太阳能电池,取得了较好的光伏效果,这个聚合物光伏器件显示开路电压为0.92 V,短路电流为5.33 mA·cm-2,它在AM1.5,100mW／cm2光照下,能量转换效率达到2.2%。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-24
  1.1 聚合物太阳能电池简介  10-15
    1.1.1 聚合物太阳能电池的基本原理  10-12
    1.1.2 聚合物太阳能电池的能量转换效率的影响因素  12-15
  1.2 共轭聚合物光伏材料  15-22
    1.2.1 聚对苯撑乙烯撑(PPV)衍生物  15-17
    1.2.2 聚噻吩(PT)衍生物  17-18
    1.2.3 基于氮杂芳环的窄带隙聚合物  18-19
    1.2.4 基于芴的衍生物  19-22
  1.3 论文的设计思想与研究的主要内容  22-24
    1.3.1 课题的意义和设计思路  22-23
    1.3.2 研究内容  23-24
第二章 二噻吩苯并三氮唑与PPV共聚物的合成及光伏性能表征  24-38
  2.1 前言  24
  2.2 实验部分  24-31
    2.2.1 试剂和测试  24-26
    2.2.2 单体和聚合物的合成  26-31
  2.3 结果与讨论  31-36
    2.3.1 聚合物的合成和表征  31-33
    2.3.2 光学性质  33-34
    2.3.3 电化学性质  34-35
    2.3.4 光伏性能研究  35-36
  2.4 本章小结  36-38
第三章 二噻吩苯并三氮唑和苯并二噻吩共聚物的合成表征及其光伏性能  38-52
  3.1 前言  38-39
  3.2 实验部分  39-45
    3.2.1 试剂和测试  39-41
    3.2.2 单体和聚合物的合成  41-45
  3.3 结果与讨论  45-51
    3.3.1 单体与聚合物的合成  45
    3.3.2 热稳定性分析  45-46
    3.3.3 吸收光谱  46-47
    3.3.4 电化学测量结果与分析  47-48
    3.3.5 光伏性能研究  48-51
  3.4 本章小结  51-52
第四章 二噻吩苯并三氮唑与2,7-咔唑共聚物的合成表征及其光伏性能  52-70
  4.1 前言  52-53
  4.2 实验部分  53-59
    4.2.1 试剂和测试  53-56
    4.2.2 单体和聚合物的合成  56-59
  4.3 结果与讨论  59-69
    4.3.1 热稳定性分析  59-61
    4.3.2 吸收光谱  61
    4.3.3 荧光光谱  61
    4.3.4 电化学测量结果与分析  61-62
    4.3.5 论计算  62-63
    4.3.6 薄膜形貌表征  63-64
    4.3.7 空穴迁移率的研究  64-65
    4.3.8 光伏性能研究  65-69
  4.4 本章小结  69-70
第五章 结论  70-71
参考文献  71-80
致谢  80-81
攻读硕士学位主要的研究成果  81

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 杂链聚合物 > 杂环链聚合物（链上含有杂环的聚合物）
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