含噻吩基元的共軛聚合物的合成、表征及其光電性能研究.pdf

1、本論文對(duì)共軛聚合物材料特別是含噻吩基元的共軛聚合物在有機(jī)太陽(yáng)能電池、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和熒光傳感器方面的進(jìn)展和應(yīng)用進(jìn)行了綜述。重點(diǎn)介紹了共軛聚合物太陽(yáng)能電池電子給體材料的研究進(jìn)展。太陽(yáng)能電池中幾個(gè)非常關(guān)鍵的因素如吸收光譜、空穴遷移率、開路電壓對(duì)太陽(yáng)能電池的效率有著重要的影響。本論文的主旨為合成具有寬的吸收光譜、高的遷移率的共軛聚合物材料。利用紅外光譜、核磁共振譜、質(zhì)譜、元素分析等方法對(duì)合成的中間體和聚合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,利用紫外可見吸收光譜

2、、熒光光譜、循環(huán)伏安法對(duì)聚合物的光物理性質(zhì)和電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了考察,同時(shí)研究了聚合物在太陽(yáng)能電池和有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管方面的應(yīng)用。此外,本論文還合成了兩種含噻吡嗪?jiǎn)卧腄-π-A結(jié)構(gòu)的聚合物,作為熒光傳感器敏感材料應(yīng)用于汞離子檢測(cè)。主要的研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.為提高聚噻吩衍生物的空穴遷移率,將空穴傳輸基元三苯胺引入到聚合物結(jié)構(gòu)中,合成一種側(cè)基為三苯胺乙烯基的聚噻吩衍生物DOTPAV-PT,并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的表征和光物理性質(zhì)及電性能研究。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這個(gè)聚合物具有較寬的吸收及相對(duì)較高的空穴遷移率(1.25×10-4 cm2V-1s-1),三苯胺乙烯基側(cè)鏈的引入有效地提高了聚噻吩的空穴遷移率。
　　2.為進(jìn)一步提高聚噻吩衍生物的空穴遷移率,將空間位阻稍小的空穴傳輸基元咔唑基團(tuán)引入到聚合物結(jié)構(gòu)中,合成一種側(cè)基為咔唑乙烯基的聚噻吩衍生物CARV-PT,并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征和性能研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這個(gè)聚合物具有較寬的吸收及相對(duì)高的空穴遷移率(5.2×10-4 cm2V

4、-1s-1),說(shuō)明咔唑乙烯基側(cè)鏈的引入有效的提高了聚噻吩的空穴遷移率。以CARV-PT為電子給體,PCBM為電子受體,當(dāng)兩者共混質(zhì)量比為1:1時(shí),制作的本體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池在AM1.5,100 mW/cm2光照下,能量轉(zhuǎn)換效率為0.20％。
　　3.為進(jìn)一步有效地提高聚噻吩的空穴遷移率、降低聚合物的HOMO能級(jí)以及拓寬聚合物的吸收光譜,設(shè)計(jì)合成了一種新型的腈基取代的聚(噻吩-乙烯-噻吩)的聚合物CN-PTVT。紫外可見吸收光譜測(cè)試

5、表明該聚合物膜具有寬的吸收范圍,覆蓋從400～750 nm的范圍。循環(huán)伏安測(cè)試結(jié)果表明該聚合物的HOMO和LUMO能級(jí)分別為-5.15 eV和-3.22 eV,由此可以計(jì)算出它具有比較窄的帶隙1.93 eV。這說(shuō)明腈基的引入明顯降低了聚合物的HOMO能級(jí)。以CN-PTVT為電子給體,PCBM為電子受體構(gòu)筑本體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池,在模擬太陽(yáng)光 AM1.5,100 mW/cm2下,得到高的開路電壓0.82 V和比較高的能量轉(zhuǎn)換效率0.30%。

6、基于CN-PTVT的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件顯示了高的遷移率5.9×10-3 cm2 V-1 s-1和高的開關(guān)比4.9×104,這兩個(gè)數(shù)值接近目前空氣穩(wěn)定無(wú)定型聚合物的最高值。
　　4.用Wittig-Horner聚合法合成了兩種新的含D-π-A結(jié)構(gòu)的共聚物P(TPA-TPZ)和P(Ph-TPZ),這兩個(gè)聚合物有明顯的溶劑變色效應(yīng)。對(duì)于P(TPA-TPZ),其三氯甲烷溶液為紅色,甲酸溶液為綠色;而對(duì)于P(Ph-TPZ),其三氯甲烷的顏