含苯并二噻吩及其噻吩衍生物的共轭聚合物的合成及其光伏性能的研究.pdf

Synthesis and photovoltaic properties of conjugatedpolymers based on benzo[1,2-b: 4,5-b’]dithiophene and thiophene derivatives CandidateYujuan Nie SupervisorAssociate professorBin Zhao CollegeCollege of Chemistry ProgramPolymer Chemistry and Physics SpecializationFunctional Polymer DegreeMaster of Science UniversityXiangtan University DateMay, 2011湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日I摘要聚合物太阳能电池(PSCs) 具有造价低廉、质量轻便、可制备柔性大面积器件等优点而倍受关注。迄今为止,本体异质结(BHJ) 是PSCs中最成功的器件结构。尽管大量新型光伏材料的开发使得PSCs的能量转换效率(PCE) 逐步提高,但要实现PSCs的实际使用仍有大量工作要做。对聚合物给体材料来说,限制其光伏性能的因素包括吸收光谱窄、摩尔吸光系数低、分子能级不匹配及载荷子迁移率低等。本论文主要设计并合成了两个基于苯并二噻吩(BDT) 的共轭聚合物系列,通过在聚合物的侧链引入吸电子结构单元,形成主链为给电子结构单元,侧链为吸电子结构单元的新型D-A共轭聚合物。我们采用了1H-NMR、13H-NMR、FT-IR、MALDI-TOF MS对其结构进行了表征,并采用Uv-Vis吸收光谱、循环伏安、电流-电压曲线测试了聚合物的光物理、电化学和光伏性能。具体如下:1. 设计并合成了六种基于苯并二噻吩(BDT) 和分别带有吸电子基噁二唑(OXD)、酯基和烷基侧链的噻吩衍生物的交替共轭聚合物(PL1-PL6)。实验结果表明,与共聚合物主链具有共轭作用的吸电子OXD和甲酸酯基侧链可有效地拓宽聚合物的吸收光谱,并降低聚合物的能隙,从而提高聚合物的光伏性能。以六种共聚物作为给体,PC61BM作为受体,制备了聚合物本体异质结器件(重量比1:2)。在AM (100 mW/cm2),%%。2. 设计并合成新型共轭聚合物P1-P4,偶联BDT的4-和8-位,使其嵌入到共轭聚合物的主链,并在BDT结构单元上引入不同吸电子结构单元:醛基、2-乙烯基丙二酸二乙酯,使其形成主链为给电子结构单元,侧链为吸电子结构单元的新型D-A共轭聚合物。研究结果表明,如果BDT上的醛基的功能化反应不完全时,会破坏聚合物的规整性,导致吸收光谱蓝移,聚合物的能隙增大,其光伏性能下降。在AM (100 mW/cm2),%。关键词:聚合物太阳能电池(PSCs);本体异质结(BHJ);能量转换效率(PCE);苯并二噻吩(BDT);噁二唑(OXD);吸电子基团IIAbstractPolymer solar cells (PSCs) have attracted much attention due to their unique features such as low cost, light weight, and applications in large areaflexible panels. So far, the most essfulPSCs are bulk heterojunction (BHJ) devices. Though signific