苝二酰亚胺聚合物电子受体的合成及性能研究

论文摘要

有机聚合物太阳能电池是近二十年来发展起来的新型太阳能电池,具有低成本、超薄、重量轻、制作工艺简单、可制备大面积柔性器件等突出优点,但其发展受其低效率的制约。而其效率低下的主要原因是光伏材料吸收波段不宽及载流子迁移率低。苝二酰亚胺常用作有机受体光伏材料,本论文把苝二酰亚胺优异的热稳定性和光电特性与聚合物材料的可加工性及柔韧性相结合,制备含有苝二酰亚胺聚合物光伏材料。1.通过对花四酸酐的1,7位溴化及亚胺化,合成了一种新型的1,7位二溴代苝二酰亚胺单体。利用这种单体分别与5,5’-二-三丁基锡基二噻吩并噻吩、5,5’-二乙炔基二噻吩并噻吩、1,4-对苯二炔、二-（三丁基锡基）乙炔和1,4-对苯二硼酸丙二醇酯,分别进行Stille耦合反应、Sonogashira耦合反应和Suzuki耦合反应,合成了五种新型聚合物PDTT、PTDTT、PTB、PT和PB。2.合成了五种新的卟啉单体。利用卟啉二炔与一种新合成的1,7-溴代花二酰亚胺单体通过Sonogashira耦合反应合成了一种新的给体-受体型聚合物PTP。3.用1H NMR、13C NMR、质谱、元素分析和GPC、TGA、DSC、紫外-可见吸收光谱、循坏伏安法等方法对上述单体和聚合物进行了表征。TGA和DSC结果表明聚合物具有良好的热稳定性;紫外-可见吸收光谱显示聚合物在可见光范围内有很强的吸收;循环伏安数据表明聚合物是典型的电子传输材料,具有较低的HOMO-LUMO能级带隙。4.制备了聚合物PDTT和PTDTT的有机薄膜晶体管,测得二者的电子迁移率分别为3.1×10-4cm2V-1s-1和7.1×10-5cm2V-1s-1。5.制备了以茈二酰亚胺聚合物PDTT和PTDTT为电子受体,以P3HT为电子给体的全聚合物太阳能电池。在AM1.5,100mW/cm2的光照下,电池能量转化效率分别为0.43%和0.51%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 太阳能及太阳能电池简介
• 1.2.1 太阳能及其分布
• 1.2.2 太阳能电池的基本原理
• 1.2.3 太阳能电池的分类
• 1.3 聚合物太阳能电池
• 1.3.1 聚合物太阳能电池的基本原理
• 1.3.2 聚合物太阳能电池的J-V特性
• 1.3.3 聚合物太阳能电池的器件结构
• 1.3.4 聚合物太阳能电池的发展
• 1.4 聚合物太阳能电池中的电荷传输材料
• 1.5 苝二酰亚胺类受体材料
• 1.5.1 小分子型苝二酰亚胺材料
• 1.5.2 含苝二酰亚胺受体单元的给体-受体双功能材料
• 1.5.3 含苝二酰亚胺受体单元的给体-受体型聚合物材料
• 1.6 本论文研究的目的和意义
• 第二章 含稠环噻吩基（或苯基）苝二酰亚胺聚合物的合成和表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料与试剂
• 2.2.2 分析仪器及测试方法
• 2.2.3 合成路线
• 2.2.4 单体的合成
• 2.2.5 聚合物的合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 合成讨论
• 2.3.2 化合物的核磁表征
• 2.3.3 化合物的元素分析结果
• 2.3.4 聚合物的分子量及分子量分布
• 2.3.5 材料的热稳定性
• 2.3.6 材料的吸收光谱
• 2.3.7 材料的电化学性质
• 2.3.8 材料的有机场效应晶体管性能
• 2.3.9 材料的太阳能光伏器件性能研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 含卟啉基苝二酰亚胺聚合物的合成和表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料与试剂
• 3.2.2 分析仪器及测试方法
• 3.2.3 合成路线
• 3.2.4 单体的合成
• 3.2.5 聚合物PTP的合成
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 合成讨论
• 3.3.2 化合物的核磁表征
• 3.3.3 化合物的元素分析结果
• 3.3.4 聚合物的分子量及分子量分布
• 3.3.5 材料的热稳定性
• 3.3.6 材料的紫外-可见吸收光谱
• 3.3.7 材料的电化学性质
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 附录
• 致谢