噻吩类共轭聚合物给体光伏材料的研究
目前聚合物光伏材料存在着带隙宽、吸收范围窄、对太阳能利用效率低,以及载流子传输能力差的问题,导致其能量转换效率偏低,无法实现工业化应用,因此探索性能优良的聚合物光伏材料是当前该领域十分具有挑战性的工作。本论文从分子设计的角度出发,设计合成了两种新型的窄禁带、载流子传输能力强的聚合物光伏材料,并评估了其光伏器件的性能。论文的主要工作与贡献如下:
1.通过Still偶联反应,设计并合成出了一种含有D—A—D结构的聚噻吩乙烯类的衍生物材料P1(聚(4,7-二噻吩-5,6二辛氧基-2,1,3苯并噻二唑乙烯))。其溶液在300nm-700nm范围内显示出良好的吸收,其膜的吸收边达到了750nm。通过Suzuki偶联反应,合成了一种窄带隙的D-A.结构的共轭聚合物P2(聚(4,7-二噻吩-5,6二辛氧基-2,1,3苯并噻二唑-9,9二辛基芴))。聚合物P2具有良好的溶解性和热稳定性,其近吸收边为650nm,光学带隙为1.90eV,在可见光区域具有良好的吸收能力。
2.采用红外、核磁共振等手段对产物的结构进行了详细的表征,用差示量热扫描仪、紫外-可见光分度计、荧光分光光度计等仪器对产物的性能进行了研究。X衍射仪和原子力显微镜等手段对聚合物微观结构进行了研究。结果表明,通过改变聚合物结构上的取代基的位置,能够增加聚合物结构的共平面性,因而赋予材料具有更好的载流子传输能力；D—A结构是降低聚合物带隙,调整聚合物结构的最有效手段之一。
3.基于聚合物P1为给体材料制备的聚合物太阳能电池的能量转换效率达到了1.53％,在目前文献报道的以聚噻吩乙烯类衍生物为给体制备的光伏器件中,是光电转化效率最高的器件之一。其光伏器件的开路电压、短路电流和填充因子分别为Voc=0.60 V,Jsc=6.83mA／cm2和0.374。以P2为给体材料制备的体异质结太阳能光伏器件的光电能量转化效率为1.77％,开路电压、短路电流和填充因子分别为Voc=0.71 V,Jsc=6.69mA／cm2和0.375。
光伏材料;噻吩类共轭聚合物;合成工艺;still偶联;分子设计;结构表征
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
王海桥
2011
中文
TQ326.6;TM914.42
100
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）