具有D-A結(jié)構(gòu)的有機(jī)聚合物光伏材料的合成及其在光伏領(lǐng)域中的應(yīng)用.pdf

1、近年來,隨著煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源的逐漸消耗,以及環(huán)境污染問題的加劇,人們把目光投向了氫能、水能、太陽能等無污染的新能源,其中太陽能以取之不盡、可重復(fù)利用、成本低廉、無污染等優(yōu)點而備受青睞。由于具有制備工藝簡單、制造面積大、成本低廉、柔性等優(yōu)點,聚合物太陽能電池更是成為人們研究的熱點。但是聚合物光伏材料通常具有光吸收能力弱,吸收光譜窄和載流子遷移率低的不足,從而影響了它的應(yīng)用,因此探索性能優(yōu)良的聚合物光伏材料具有十分重要的理論意義和

2、實際應(yīng)用價值。本論文的工作重點是通過合成不同的給體單元(Donor,D)和受體單元(Accepter,A),設(shè)計并合成了兩種分別由苯并噻二唑、咔唑或噻吩二甲酰亞胺、咔唑單元組成的,具有D-A型結(jié)構(gòu)的共軛聚合物光伏材料,并對其光物理與電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。主要工作如下:
　　 1、以N-十二烷基-2,7-咔唑為給體單元、5,6-二辛氧基二噻吩苯并噻二唑為受體單元,通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)成功制備了一種具有給-受體結(jié)構(gòu)的共軛聚合物聚

3、(N-十二烷基-2,7-咔唑-5,6-二辛氧基-4,7-二噻吩-2-基-苯并噻二唑)P1。利用核磁對共聚物P1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,證明了共聚物P1的結(jié)構(gòu),并對P1的光物理與電化學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。結(jié)果顯示,聚合物P1的HOMO能級(即電離勢IP)為-5.23 eV,LUMO能級(即電子親和勢EA)為-3.59 eV,聚合物的帶隙降低到1.88 eV,其光吸收覆蓋了300-660nm的范圍。以P1為給體材料,PCBM為受體材料,制得的共混

4、體相異質(zhì)結(jié)太陽能電池在AM1.5,100 mW·cm-2模擬太陽光下,開路電壓為0.88 V,短路電流為2.04 mA·cm-2,填充因子為0.51,能量轉(zhuǎn)換效率為0.92％。
　　 2、通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)合成了一種新型具有給.受體結(jié)構(gòu)的共軛聚合物聚(N-十二烷基-2,7-咔唑-噻吩二甲酰亞胺)P2。利用核磁對共聚物P1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,證明了共聚物P2的結(jié)構(gòu)。該聚合物材料具有良好的熱穩(wěn)定性；其HOMO能級(即電離勢IP)為

5、-5.46 eV,LUMO能級(即電子親和勢EA)為-3.32 eV,光學(xué)禁帶寬度為2.17 eV,其光吸收覆蓋了300nm-550 nm的范圍。以P2為給體材料,PCBM為受體材料,制得的共混體相異質(zhì)結(jié)太陽能電池在AM1.5,100 mW·cm-2模擬太陽光下,開路電壓為0.88 V,短路電流為1.17 mA·cm-2,填充因子為0.51,能量轉(zhuǎn)換效率為0.52％。
　　 3.設(shè)計并合成了兩種新的具有推電子能力的D類單體——D