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基于苯并双噻吩和芳香酰亚胺共轭聚合物的合成与性能

作　者: 陈健
导　师: 汪茫；陈红征；施敏敏
学　校: 浙江大学
专　业: 高分子材料
关键词: 共轭聚合物苯并双噻吩芳香酰亚胺带隙能级聚合物太阳电池
分类号: O633.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,共轭聚合物材料因其在电致发光、太阳能电池、晶体管等方面的应用潜力而受到人们的广泛关注。对于聚合物太阳能电池而言,为了提高其光电能量转换效率,共轭聚合物应具有窄的带隙和低的HOMO能级。据此,本硕士论文从分子设计出发,合成了4种基于给电子性单体(D)——苯并双噻吩(BDT)和不同的吸电子单体(A)——苝二酰亚胺(PDI)、萘二酰亚胺(NDI)、苯单酰亚胺(PhI)以及苯二酰亚胺(PhDI)的交替共聚物(D-alt-A polymers),从而得到了4种新型的聚合物半导体材料：P(BDT-PDI)、P(BDT-NDI)、P(BDT-PhI)和P(BDT-PhDI)。利用热分析、紫外可见吸收光谱和循环伏安等手段测试了这4种聚合物的热学、光学以及电化学性能。比较不同材料间性能的差异,讨论并总结了单体结构与聚合物半导体性能之间的关系。通过吸收光谱表明这4种基于BDT单元的D-A结构的共聚物,带隙都要窄于其均聚物PBDT。通过循环伏安法,得出P(BDT-PDI), P(BDT-NDI)是典型的n型材料,P(BDT-PhI)本质上属于P型材料,而P(BDT-PhDI)兼具p,n两性。以4种基于苯并双噻吩(BDT)和芳香酰亚胺的D-A共聚物为光活性层材料,制备本体异质结的太阳能电池原型器件,并研究它们的光伏特性。其中,基于P(BDT-PhI)的太阳能电池性能最好,器件效率达到了0.53%。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
第一章绪论  6-26
  1.1 引言  6-7
  1.2 有机太阳能电池的原理及结构  7-10
  1.3 有机太阳能电池材料研究进展  10-21
    1.3.1 有机小分子材料  10-12
    1.3.2 高分子材料  12-21
  1.4 本课题的提出及意义  21-26
第二章基于苯并双噻吩和芳香酰亚胺聚合物的合成及表征  26-42
  2.1 单体的合成  27-36
    2.1.1 苯并双噻吩(BDT)单体的合成  27-29
    2.1.2 苝二十酰亚胺(PDI)单体的合成  29-30
    2.1.3 萘二酰亚胺(NDI)单体的合成  30-32
    2.1.4 苯酰亚胺(PhI)单体的合成  32-33
    2.1.5 苯二酰亚胺(PDhI)单体的合成  33-35
    2.1.6 3-酯基噻吩(3CT)单体的合成  35-36
  2.2 聚合物的合成  36-40
    2.2.1 BDT单体的均聚反应  37
    2.2.2 BDT和PDI单体的共聚反应  37-38
    2.2.3 BDT和NDI单体的共聚反应  38
    2.2.4 BDT和PhI单体的共聚反应  38-39
    2.2.5 BDT和PhDI单体的共聚反应  39
    2.2.6 BDT和3CT单体的共聚反应  39-40
  2.3 聚合物分子量的影响因素  40-41
  2.4 本章小结  41-42
第三章六种聚合物的热,光,电化学性能表征  42-53
  3.1 聚合物的热分析(TGA)  42-43
  3.2 聚合物的紫外-可见吸收光谱测试  43-46
    3.2.1 聚合物溶液的吸收光谱  43-44
    3.2.2 聚合物薄膜的吸收光谱  44-45
    3.2.3 聚合物光学带隙的推算  45-46
  3.3 聚合物的循环伏安法测试  46-52
    3.3.1 有机物能级结构的确定  47-49
    3.3.2 循环伏安法的测试及聚合物能级的推算  49-51
    3.3.3 单体结构对聚合物能级的影响  51-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章四种聚合物的光伏性能研究  53-59
  4.1 聚合物复合材料太阳能电池器件的制备  53-55
    4.1.1 聚合物/PCBM复合器件的制备  53-54
    4.1.2 全聚合物太阳能电池的制备  54-55
  4.2 复合材料光伏性能的测试与讨论  55-58
  4.3 本章小结  58-59
第五章主要结论与创新点  59-61
参考文献  61-69
发表的学术论文  69-70
致谢  70-71
作者简历  71

基于苯并双噻吩和芳香酰亚胺共轭聚合物的合成与性能

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