含噻吩和卟啉的聚芴共聚物的合成及光电性质研究

论文摘要

聚合物太阳电池具有价格低廉,易于加工,适于制作大面积柔性器件等优点而有望成为下一代太阳电池。本文在系统查阅国内外相关文献资料的基础上,根据有机小分子和聚合物太阳电池的原理、器件及材料的发展现状,针对目前聚合物太阳电池存在的主要缺陷——如聚合物的光谱吸收不能和太阳光谱很好匹配、聚合物的电荷传输性较差以及聚合物材料的不稳定,设计合成了四个可溶于有机溶剂的含不同比例的噻吩和卟啉的聚芴共聚物,并对它们的光电性质进行了研究。研究结果表明,聚芴共聚物的紫外-可见光谱在600 nm以上的光谱范围有较强的吸收,并几乎覆盖了400至700 nm的可见光区。TGA和DSC测定的热分解温度和玻璃化温度分别为398℃～429℃和117℃～152℃。相对于9,9-二己基芴的玻璃化温度（约50℃）,聚合物的玻璃化温度有明显的提高。通过循环伏安测试结果计算得到的能隙在1.96到2.03 eV之间。将聚合物和Ti（OC3H7）4在空气中水解过夜,制备了聚合物:TiO2体相异质结薄膜。通过荧光测试发现,与纯共聚物薄膜相比,当异质结薄膜PT-TPP20（5 mg/mL）: Ti（OC3H7）4 （80μL/mL）中Ti（OC3H7）4的体积分数为20%时,荧光在380至800 nm有减弱;当Ti（OC3H7）4的体积分数为50%时,有明显的荧光淬灭现象,说明了在聚合物和TiO2之间存在有效的光诱导电荷转移和分离。研究结果表明这是一类有潜力的聚合物太阳能电池材料。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第一章 有机太阳电池研究进展
• 1.1 引言
• 1.2 有机太阳电池的基本概念
• 1.2.1 光致电子转移
• 1.2.2 半导体材料的基本原理
• 1.2.3 有机太阳能电池原理
• 1.2.3.1 光子吸收
• 1.2.3.2 激子产生
• 1.2.3.3 激子扩散
• 1.2.3.4 电荷分离
• 1.2.3.5 电荷传输
• 1.2.3.6 电荷收集
• 1.3 有机太阳电池的性能参数
• 1.3.1 短路电流
• 1.3.2 开路电压
• 1.3.3 最大输出功率
• 1.3.4 最大输出电流和电压
• 1.3.5 填充因子
• 1.3.6 转换效率
• 1.3.7 入射单色光子-电子转化效率
• 1.3.8 电流-电压特性曲线
• 1.4 有机太阳电池器件
• 1.4.1 单层有机太阳电池
• 1.4.2 双层异质结有机太阳电池
• 1.4.3 分散（体相）异质结太阳电池
• 1.4.4 分子异质结电池
• 1.5 有机太阳电池材料
• 1.5.1 有机小分子太阳电池材料
• 1.5.1.1 酞菁类化合物
• 1.5.1.2 卟啉类化合物
• 1.5.1.3 方酸类化合物
• 1.5.1.4 芘类化合物
• 1.5.2 聚合物太阳电池材料
• 1.5.2.1 聚对苯撑乙烯及其衍生物
• 1.5.2.2 聚噻吩及其衍生物
• 1.5.2.3 含氮原子的共轭聚合物
• 1.5.2.4 聚芴及其衍生物
• 1.6 聚合物太阳电池的应用前景和面临的挑战
• 1.6.1 聚合物太阳电池的应用前景
• 1.6.2 聚合物太阳电池面临的挑战
• 1.6.2.1 提高对光谱的吸收
• 1.6.2.2 提高电荷的输运和收集
• 1.6.2.3 提高电池的稳定性
• 1.7 设计思想
• 第二章 含噻吩和卟啉的聚芴共聚物的合成
• 2.1 引言
• 2.2 合成路线
• 2.2.1 中间体的合成
• 2.2.2 目标物的合成
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 仪器
• 2.3.2 试剂
• 2.3.3 中间体的合成
• 2.3.4 目标物的合成
• 2.3.5 杂化供-受体相异质结薄膜的制备
• 第三章 含噻吩和卟啉的聚芴共聚物的光电性质研究
• 3.1 聚合物的分子量和热分析
• 3.2 聚合物的电化学分析
• 3.3 聚合物的紫外分析
• 3.4 杂化供-受体相异质结薄膜的荧光分析
• 3.5 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 在读期间发表的论文
• 致谢