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《兰州交通大学》 2015年
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二维多环噻并苯衍生物及其聚合物的合成与研究

王建龙  
【摘要】:随着传统能源(煤、石油)的逐渐枯竭,人们对能源的需求越来越大,寻求并开发新的可再生能源日益凸显。对太阳能利用是解决人类能源问题的有效途径之一,而太阳能电池是利用太阳能的有效方式之一。有机聚合物太阳能电池(PSCs)以其优异的特点,如价格比较低、柔性好、重量轻、易于修饰等,而备受关注。因此,设计和合成性能优良的聚合物太阳能电池材料对开发和利用太阳能有非常重要的意义。本论文通过对电子给体单元二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(DTBDT)、苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(BDT)进行修饰,合成了新型的具有更大共轭程度的二维多环电子给体单元5,10-双(4,5-二癸基噻吩-2-基)二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(DTBDT-T)、4,8-双(三异丙基硅乙炔基)苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(BDT-TIPS)、4,8-双(4,5-二辛基噻吩-2-基)苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(BDT-T)。分别以DTBDT-T、BDT-TIPS、BDT-T为给体单元,选取性能优良的电子受体单元通过Stille反应合成了一系列的Donor-Accpter(D―A)型共轭聚合物,并对其性能进行了测试。主要内容包括:1、第二章,在DTBDT的中间苯环上引入烷基噻吩得到二维结构电子给体单元DTBDT-T。选取一些较好的受体单元与该给体单元,通过Stille偶联反应得到了四种共轭聚合物PDTBDT-DTBTC8、PDTBDT-DTFBTC8、PDTBDT-DTBTC12、PDTBDT-DTFBTC12。这些聚合物具有良好的热稳定性,能溶于常见的有机溶剂甲苯和邻二氯苯中。以聚合物PDTBDT-DTFBTC8为给体材料,PC71BM为受体材料制备了能量转换效率为7.12%的光伏器件,其短路电流(Jsc)等于15.10 mA/cm2,开路电压(Voc)为0.73 V。2、第三章,在BDT的4、8位上引入烷基噻吩和三异丙基硅乙炔基(TIPS)侧边基,合成了二维结构的BDT衍生物电子给体单元。并与N,N′-(2-己基癸基)异靛蓝(IDC16)通过Stille偶联反应得到聚合物,即PBDT-T-IDC16和PBDT-TIPS-IDC16。对聚合物的电化学、吸收光谱、发光光谱及热学性质进行了测试,以聚合物PBDT-T-IDC16为给体材料,PC71BM为受体材料制备了能量转换效率为2.41%的光伏器件,其Jsc=4.55 mA/cm2,Voc=0.89 V。3、第四章用4,8-双(三异丙基硅乙炔基)苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(PBDT-TIPS)为电子给体单元,分别以苯并[1,2,5]噻二唑(BT)、5,6-双十二烷氧基苯并[2,1,3]噻二唑(BTC12)、5-辛基噻吩[3,4-c]吡咯-4,6-二酮(TAC8)、5-(2-己基癸基)噻吩[3,4-c]吡咯-4,6-二酮(TAC16)为受体单元,通过Stille聚合反应得到了四种D―A型共轭聚合物,即PBDT-TIPS-BT、PBDT-TIPS-BTC12、PBDT-TIPS-TAC8、PBDT-TIPS-TAC16,并对四种聚合物的电化学、吸收光谱、发光光谱及热学性质进行了测试。
【关键词】:侧基 太阳能电池 二维共轭聚合物 优化
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:O633.5;TM914.4
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-10
  • 绪论10-19
  • 1.1 引言10
  • 1.2 聚合物太阳能电池简介10-13
  • 1.2.1 聚合物太阳能电池工作原理10-11
  • 1.2.2 聚合物太阳能电池结构11-12
  • 1.2.3 聚合物太阳能电池的性能参数12-13
  • 1.3 聚合物太阳能电池光伏材料13-17
  • 1.3.1 电子受体材料13-14
  • 1.3.2 电子给体材料14-17
  • 1.4 本论文的设计思想和内容17-18
  • 1.5 本论文研究课题的创新性18-19
  • 2 二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩与苯并[1,2,5]噻二唑衍生物共聚物的合成与表征19-42
  • 2.1 引言19
  • 2.2 实验部分19-26
  • 2.2.1 原料与试剂19-20
  • 2.2.2 表征设备与仪器20
  • 2.2.3 单体与聚合物的合成20-26
  • 2.3 结果与讨论26-41
  • 2.3.1 单体的表征26-31
  • 2.3.2 聚合物的吸收和发光特性31-36
  • 2.3.3 共轭聚合物的电化学性质36-37
  • 2.3.4 共轭聚合物的热学性质37
  • 2.3.5 共轭聚合物的光伏性能37-41
  • 2.4 本章小结41-42
  • 3 苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩衍生物与N,N′-(2-己基癸基)异靛蓝共聚物的合成与表征42-61
  • 3.1 引言42
  • 3.2 实验部分42-47
  • 3.2.1 原料和试剂42-43
  • 3.2.2 表征设备与仪器43
  • 3.2.3 单体与聚合物的合成43-47
  • 3.3 结果与讨论47-59
  • 3.3.1 单体的表征47-52
  • 3.3.2 聚合物的吸收和发光特性52-54
  • 3.3.3 聚合物的电化学性质54-55
  • 3.3.4 聚合物的热学性55
  • 3.3.5 聚合物的光伏性能55-58
  • 3.3.6 聚合物PBDT-TIPS-IDC16的载流子迁移率58-59
  • 3.4 本章小结59-61
  • 4 基于 4,8-双(三异丙基硅乙炔基)苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩给体单元共轭聚合物的合成与研究61-75
  • 4.1 引言61
  • 4.2 实验部分61-67
  • 4.2.1 原料与试剂61
  • 4.2.2 表征设备与仪器61
  • 4.2.3 单体与聚合物的合成61-67
  • 4.3 结果与讨论67-73
  • 4.3.1 单体的表征67-69
  • 4.3.2 聚合物的吸收和发光特性69-72
  • 4.3.3 聚合物的电化学性质72-73
  • 4.3.4 聚合物的热学性质73
  • 4.4 本章小结73-75
  • 结论75-77
  • 致谢77-78
  • 参考文献78-81
  • 攻读学位期间的研究成果81

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