收藏本站
《华南理工大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

强聚集性共轭聚合物的设计、合成及光电性能

王海涛  
【摘要】:工业革命以来,伴随着社会物质文明的飞速发展,人类对于能源的消耗量越来越大。然而地球上的传统化石资源毕竟是有限的,当下,人类社会对于新型、清洁可再生资源的需求愈加迫切。在众多新能源技术之中,太阳能因其资源丰富、易于开发利用等优势被认为未来最理想的新型能源。聚合物太阳能电池因其具有低成本、质量轻便和易于大面积制备等一系列优势,吸引了众多科研工作者的关注。目前,本体异质结聚合物太阳能电池的最高光电转换效率已突破12%,但其距大规模商业化应用还面临重重困难。效率相对低下、器件寿命短依然是制约其发展的两大难题。当前,聚合物太阳能电池的研究重点主要是开发吸光能力强、能级合适、载流子传输能力强的新型给体聚合物,以解决以上问题。本论文首先对近年来发展的高效给体聚合物进行了综述。为了帮助理解材料的结构与性能之间的关系,我们对这些聚合物予以系统的归类,力求梳理清楚其中的规律和变化。本论文主要通过对聚合物的主链结构和侧链结构进行调控,合成了一系列强聚集性聚合物,并对其光电性能进行了系统的研究。在第二章中,我们采用一种简洁高效的合成路线,合成了二噻吩[3',2':3,4;2'',3'':5,6]-苯并[1,2-c][1,2,5]氧二唑(DTfBO)稠环吸电子单元(A),通过Stille聚合,分别以噻吩(T)、联噻吩(DT)和并噻吩(TT)为给体单元(D)共聚得到D-A型交替聚合物PDTfBO-T、PDTfBO-DT和PDTf BO-TT。通过器件表征测试,基于三个聚合物的OFET空穴迁移率都在0.20cm2/(Vs)以上。其中含有并噻吩单元的PDTf BO-TT空穴传输能力最好,达到了0.54cm2/(Vs)。同时,三个聚合物均表现出优异的光伏性能,能量转换效率在5.61%左右。研究表明,DTfBO单元在构筑高迁移率聚合物和高效给体聚合物方面有巨大的潜力。在第三章中,我们以并六元稠环单元TPTTPT为给电子单元,分别和苯并噻二唑(BT)、吡咯并吡咯二酮(DPP)和异靛蓝(IID)共聚得到了三个D-A型共轭聚合物PTPTTPT-BT-24、PTPTTPT-DPP-16和PTPTTPT-IID-20,并对其光吸收、电化学能级和光伏性能进行了研究,其中基于PTPTTPT-BT-24的电池器件效率达到了4.94%,展现出比较好的潜力。在第四章中,我们首先合成了一个带有饱和脂肪侧链的交替聚合物PffBT-TPT。随后,以此聚合物为基础,我们以不同比例的硅氧烷端基侧链取代碳脂肪侧链,得到PffBT-TPT-Si25%、PffBT-TPT-Si50%和PffBT-TPT-Si75%三个无规共聚物。对比研究了四个聚合物的光学、电化学、表面物理性质和光伏性能。其中PffBT-TPT-Si75%表现出了优异的光伏性能,其与ITIC共混制备的电池器件效率可达7.17%。研究表明,以一定比例的硅氧烷端基取代碳脂肪链,可以作为一种提高聚合物光伏性能的有效手段。在第五章中,我们以对烷氧基苯为结构单元,合成了一系列窄带隙聚合物。研究发现,通过烷氧基苯与邻近基团的非共价键作用,可以减小分子内夹扭转角,提高聚合物分子的平面性。另外,我们保持聚合物的主链结构不变,研究了烷基链的长度和硅氧烷端基侧链比例对聚合物光电性能的影响。测试结果表明,烷基链的长度和硅氧烷端基侧链比例对聚合物的带隙没有影响,均在1.40eV左右,但对聚合物的光伏性能有显著影响。同时,我们发现加工溶剂对聚合物光伏性能有较大影响,相对于氯苯溶剂,二氯苯和氯仿的混合溶剂会使活性层的形貌得到改善,器件效率获得提升。最终,基于PDPP-EH-TPT-EH-Si50%的电池器件取得了最佳的能量转换效率(6.03%)。在第六章中,我们在第五章的工作基础上,以一定比例的四氟代苯代替烷氧基苯,合成了一系列窄带隙无规共聚物。氟原子与氧原子一样,可以通过非共价键作用力,提高分子内平整性和分子间聚集。吸收光谱和电化学测试结果表明,氟代苯可以同时拉低聚合物的HOMO和LUMO能级,对聚合物的光学带隙没有明显影响。在对聚合物的光伏性能研究中,四个聚合物的器件电压都有不同程度的增加,达到了0.70V以上,其中PDPP-EH-TPT-BO-F40%的开路电压达到了0.75V,电池体系的光子能量损失只有0.63e V。研究表明,在聚合物主链中引入一定比例的氟代苯可以有效的增加电池的器件电压。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O631

免费申请
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王国杰,李敏,陈欣方;发光性液晶共轭聚合物的研究进展[J];化学通报;2001年04期
2 刘海鹏,曾繁涤,刘世俊;共轭聚合物的电致发光[J];武汉化工学院学报;2001年04期
3 朱小龙,梁会琴;计算线性共轭聚合物能谱的群论方法[J];洛阳师范学院学报;2005年02期
4 张璐;封伟;;树枝状共轭聚合物研究[J];化学进展;2007年Z1期
5 刘中义;李彦军;黄鹏程;;一种新型低带隙共轭聚合物的合成及其光学性质[J];化学学报;2008年08期
6 张子印;刘彩霞;宋微娜;殷德刚;司马义·努尔拉;;分子内电荷移动型共轭聚合物的固相法制备及表征[J];高分子材料科学与工程;2009年03期
7 支俊格;徐秀玲;申进波;赵玮;佟斌;董宇平;;荧光共轭聚合物在生物大分子检测中的应用[J];化学进展;2009年04期
8 贺芳;王树;;基于水溶性共轭聚合物的蛋白质检测[J];化学进展;2009年11期
9 陈涛;徐慎刚;王艳荣;曹少魁;;含金属配合物的共轭聚合物研究进展[J];高分子通报;2010年02期
10 苗丽坤;刘兴奋;范曲立;黄维;;基于荧光共轭聚合物的金属离子检测[J];化学进展;2010年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄维;;水溶性共轭聚合物的合成及其在化学生物传感领域的应用[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
2 区洁美;胡成龙;陈旭东;;表面增强荧光光谱研究共轭聚合物的发光及其影响机制[A];中国化学会第28届学术年会第18分会场摘要集[C];2012年
3 唐艳丽;曹阿丽;刘越;;共轭聚合物的设计合成及在酶检测、可控杀菌等方面的应用[A];第十三届全国光化学学术讨论会论文集[C];2013年
4 田文晶;李耀文;薛丽丽;李慧;李在房;;给受体共轭聚合物的能级、分子结构设计及其在光伏电池的应用[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2009年
5 王树;;共轭聚合物的生物识别与传感研究[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
6 马於光;;共轭聚合物的物性放大效应[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
7 胡玉琴;肖毅;黄红梅;尹笃林;肖小明;;新型荧光共轭聚合物的合成及光学性能的研究[A];第十届中国化学会分析化学年会暨第十届全国原子光谱学术会议论文摘要集[C];2009年
8 陈仕艳;应燕君;王华平;;新型给受体结构的共轭聚合物的合成及光电性能[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年
9 于宗强;袁柱良;谭松庭;;一种新型含芴和联苯共轭聚合物的合成与发光性能研究(英文)[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
10 路胜利;曹镛;;新型乙烯撑和乙炔撑给体与受体交替共轭聚合物的光伏性能研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王海涛;强聚集性共轭聚合物的设计、合成及光电性能[D];华南理工大学;2017年
2 彭沣;含砜基单元蓝光聚合物和浅HOMO能级p型聚合物的合成及光电性能[D];华南理工大学;2017年
3 孙江曼;具有深HOMO能级的共轭聚合物的设计合成与光电性能的研究[D];华南理工大学;2015年
4 陈圳辉;基于含氧族杂原子的苯并二唑的D-A型共轭聚合物的合成与光电性能[D];华南理工大学;2015年
5 周常明;新型功能分子与组装单元的制备与组装[D];复旦大学;2013年
6 刘春晨;带有可热脱除侧链的共轭聚合物/小分子的设计、合成及性能研究[D];华南理工大学;2015年
7 郑超;共轭聚合物杂原子修饰、构象控制及光电性质的理论与实验研究[D];南京邮电大学;2014年
8 姚诗余;基于溶于绿色溶剂的共轭聚合物材料的太阳能电池研究[D];吉林大学;2016年
9 吴志鸿;新型共轭聚合物的设计与合成及其在聚合物太阳电池中的应用[D];华南理工大学;2016年
10 杲辰;基于六苯并晕苯的共轭聚合物的分子设计、合成及其光伏性能表征[D];北京化工大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘金菊;基于炔键的水/醇溶共轭小分子/聚合物的设计和合成及其光伏性能研究[D];华南理工大学;2017年
2 朱洁;NTO/AA/MMA/TBEM/HM成膜聚合物的合成和性能研究[D];上海工程技术大学;2013年
3 王子木;基于马来酰亚胺多反应性的含芴功能团精密聚合物的构建及其应用研究[D];苏州大学;2017年
4 魏佳虹;磷钼聚合物缓蚀阻垢剂的研究[D];天津大学;2017年
5 柯康;二茂铁/偶氮苯基聚合物的刺激响应自组装[D];华南理工大学;2017年
6 孙烨;秸秆地质聚合物复合保温建筑材料环境稳定性研究[D];浙江工业大学;2014年
7 付宇航;基于四氨基苯基卟啉聚合物的碳基电催化剂的制备及其氧还原活性研究[D];河南大学;2017年
8 钱鑫;含芳杂环共轭微孔聚合物的制备及碘捕获性能研究[D];兰州理工大学;2017年
9 邝剑;聚合物材料加固砂性土边坡的模型试验与数值模拟分析[D];中国地质大学(北京);2017年
10 靳俏俏;PVC/D2EHPA聚合物包容膜分离输运苯胺及几种阳离子染料的研究[D];北京化工大学;2017年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026