收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于2,7-咔唑的新型窄带隙共轭聚合物的合成及光伏性质研究

赵巍  
【摘要】:共轭聚合物由于在聚合物太阳电池领域潜在的用途而受到广泛关注。经过近几年的研究,聚合物太阳电池的效率已经达到了4~7%的水平,但要在市场上广泛应用,其能量转换效率还是偏低。而现今,合成新型的、具有可见光至近红外吸收的共轭聚合物给体材料,对于提高聚合物太阳电池器件吸收光谱对太阳光谱的匹配,从而提高聚合物太阳电池的能量转换效率具有重要意义。 聚咔唑及衍生物由于含有一个刚性的平面内联苯单元,其热稳定性及化学稳定性都较高;聚咔唑衍生物具有较高的空穴迁移率、较低的HOMO能级,使得基于聚咔唑衍生物的太阳电池器件的开路电压较高;另外,咔唑的N原子易于发生烷基链取代反应,可以显著增强聚合物溶解性和可加工性,使得聚咔唑及衍生物成为一类受到广泛关注的聚合物给体材料。 咔唑可以很容易通过与其它单体共聚的方法调节聚合物的吸收和发射波长。通过和吸电子单元的共聚,在主链上形成交替的D-A结构,由于在聚合物主链上分子内的电荷转移效应,可以使聚合物的吸收光谱发生显著的红移,从而覆盖更宽的太阳光谱范围,使得太阳辐射中波长较长的光子也可以在太阳电池器件中被吸收。 基于这种思路,通过Suzuki缩聚反应将具有强吸电子能力的窄带隙单元5,5-(4′,7′-双(噻吩-2-基)-2′,1′,3′-苯并硒二唑(DBSe)、2,5-二(3-辛基噻吩-2-基)-噻唑[5,4-d]噻唑(Tz)、5,7-二(噻吩-2-基)噻[3,4-b]并[1,4]二嗪(DTP)、2,3-二甲基-5,7-二(2-噻吩基)噻[3,4-b]并[1,4]二嗪(DMTP)、4,7-二(3,4-乙二氧撑噻吩-2-基)-2,1,3-苯并噻二唑(EBTE)引入咔唑主链,使聚合物具有更宽的光谱响应,从而能够吸收、利用更多的太阳光子。在第三章中,制备了2,7-咔唑与DBSe的交替共聚物PCzDBSe。聚合物的光谱响应达到了750nm,与其含硫的的同系物(PCDTBT)相比,光谱响应红移了56nm。FET测试结果表明PCzDBSe的空穴迁移率为3.9×10-4cm~2V-1s-1。PCzDBSe与PC71BM按重量比1:4共混膜制备的太阳电池器件,在模拟太阳光AM1.5(100mW/cm~2)条件下,得到的器件数据如下:Jsc = 7.23mA/cm~2,Voc = 0.75V,FF = 45%,光电转换效率ECE = 2.58%。说明该类材料是一种很有前途的聚合物太阳电池用共轭聚合物给体材料。在第四章中,将2,7-咔唑与Tz和DBT共聚,控制Tz和BDT的投料比,得到了五种共聚物。通过控制Tz和DBT的相对含量,对聚合物的吸收光谱进行了调节。结果表明,随着DBT相对含量的增加,聚合物的吸收光谱逐渐红移,当DBT相对含量为37.5%时,吸收光谱响应红移最大,到了696nm。与DBT相对含量为50%时的聚合物PCzDBT的光谱响应(668nm)相比,向长波方向移动了28nm。以这五种共聚物和PC61BM共混膜制备得到的太阳电池器件,在模拟太阳光AM1.5(100 mW/cm~2)条件下,得到了2.18~3.45%的能量转换效率;其中,以PCzTzDBT37为给体时,得到了最好的器件数据:Jsc = 6.27mA/cm~2,Voc = 0.85V,FF = 60.55%,光电转换效率ECE = 3.45%。 在第五章中,将2,7-咔唑分别与噻[3,4-b]并[1,4]二嗪的衍生物DTP和DMTP共聚,得到了两种交替共聚物PCzDTP和PCzDMTP。其光谱响应扩展到了819nm(PCzDTP)和803nm(PCzDMTP)。由于DTP和DMTP的吸电子能力比DBT更强,与咔唑和DBT的交替共聚物(668nm)相比,PCzDTP和PCzDMTP吸收光谱分别红移了151nm和135nm。以这两种聚合物为给体的太阳电池器件,在模拟太阳光AM1.5 (100 mW/cm~2)条件下,获得了0.4~1%的光电转换效率。噻[3,4-b]并[1,4]二嗪结构中的氢原子被甲基取代后,其热稳定性和外量子效率都有了增加,使其太阳电池器件的性能也有了提升。 在第六章中,将2,7-咔唑与窄带隙单元EBTE共聚,得到交替共聚物PCzEBTE。与其噻吩的同系物相比,由于EDOT比噻吩供电子能力更强,使得PCzEBTE的带隙更窄,其光谱响应(726nm)比PCzDBT(668nm)红移了58nm。以PCzEBTE和PCBM按重量比1:4共混膜制备得到的太阳电池器件。在模拟太阳光AM1.5(100 mW/cm~2)条件下,得到的器件数据如下:Jsc = 2.22mA/cm~2,Voc = 0.8V,FF = 36%,光电转换效率ECE = 0.64%。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张晓辉,王杰华,周响弟,李峻海,韩太白;KF/Al_2O_3在咔唑的N-乙基化反应上的催化作用[J];宝钢技术;2001年03期
2 李峰,李耀先,王静媛,马洪洋,汤心颐;一种含有咔唑功能基团的有机聚磷腈的合成与表征[J];分子科学学报;2000年01期
3 孙剑;N-乙基咔唑的中试研究[J];宝钢技术;2004年04期
4 王斌;反式N-3-炔丁烯基咔唑的合成及其齐聚行为[J];有机化学;2005年01期
5 郑立平,周清梅,王飞,邓先宇,俞刚,曹镛,宁滨,郭志新;新型C_(60)衍生物的合成及其太阳能电池性能[J];化学学报;2004年01期
6 彭汉;王松钊;唐本忠;;含二乙炔类共轭聚合物的合成及性能研究[J];化学研究;2007年04期
7 陈尚贤,陈展翅;咔唑荧光的猝灭[J];感光科学与光化学;1986年04期
8 李建科,漆宗能,王佛松;聚合物发光材料[J];高等学校化学学报;1996年12期
9 鲁照玲;共轭聚合物复合抗静电油罐涂料[J];材料保护;1998年02期
10 黄红敏,贺庆国,蔺洪振,杨俊林,白凤莲;共轭聚合物/C_(60)复合体系及其在光伏打电池中的应用[J];感光科学与光化学;2002年01期
11 高文涛,赵德丰,杨锦宗;三芳二噁嗪型荧光颜料-绿光紫的合成研究[J];染料工业;1998年04期
12 李力,于波,许平;化石燃料生物脱有机氮研究展望[J];中国生物工程杂志;2004年06期
13 李建科,阳明书,漆宗能,王佛松;聚苯类共轭聚合物的合成及荧光特性研究[J];高分子学报;1998年04期
14 杜仕国;非线性光学聚合物材料[J];高分子材料科学与工程;1998年04期
15 王萍萍,陈国华,吴大军,徐金瑞;基于共轭高分子纳米复合材料发光二极管的研究进展[J];高分子通报;2004年03期
16 陈令武,刘田东,成义祥;含噁二唑单元共轭聚合物合成与性质研究[J];高分子学报;2004年04期
17 周丹红,杨锦宗;N-烷基咔唑的硝化及还原反应的研究[J];大连理工大学学报;1988年S1期
18 杜福胜,洪薇,李福绵;含咔唑生色基团的甲基丙烯酸酯类单体及其聚合物的荧光行为[J];高分子学报;1999年02期
19 孟贺,薛永强,王志忠;蒽、菲、咔唑的分离提纯方法[J];山西化工;2003年04期
20 常迪;彭汉;唐本忠;;聚芳烃二乙炔类共轭高分子的合成及其发光性质的研究[J];广州化学;2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘暘;杨凯;孙书;石建兵;佟斌;支俊格;董宇平;;侧链含氨基的聚对苯撑乙炔/咔唑共轭聚合物的合成及发光性质的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
2 陈亚刚;田洪坤;耿延候;王佛松;;基于含N、S稠环芳香化合物的共轭聚合物的合成、表征及其在有机薄膜晶体管中的应用[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 吴卫平;刘云圻;邹应萍;李永舫;朱道本;;共轭聚合物对有机场效应晶体管的调控作用[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
4 张文思;路萍;马於光;;微波辅助高质量共轭聚合物合成[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
5 王树;;新型共轭聚合物荧光探针设计及其在生物检测与成像中的应用研究[A];第七届全国液体和软物质物理学术会议程序册及论文摘要集[C];2010年
6 王树;;共轭聚合物荧光探针:生物检测、成像与生物医药应用[A];第一届全国生物物理化学会议暨生物物理化学发展战略研讨会论文摘要集[C];2010年
7 陈意铭;廖明义;金美花;黄丽;;用于TNT爆炸物检测新型荧光共轭聚合物的制备及性能研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
8 张连杰;贺超;蔡婉珠;陈军武;曹镛;;含二噻吩并噻咯的共轭聚合物的合成与光伏性能[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 陈杜刚;韩康;兰凌燕;钟成;秦金贵;;一类共轭聚合物半导体的设计、合成与性能[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
10 赵斌;聂玉娟;汤鹏;谭松庭;;基于带吸电子基团的苯并二噻吩衍生物的新型共轭聚合物的合成及其光伏性能[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵巍;基于2,7-咔唑的新型窄带隙共轭聚合物的合成及光伏性质研究[D];华南理工大学;2010年
2 曾文南;聚芳烃二炔类水溶性共轭聚合物的合成及其在传感器中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
3 冯继昌;荧光共轭聚合物的合成、表征及荧光传感特性[D];浙江大学;2010年
4 何刚;基于共轭聚合物的新型荧光传感薄膜的创制及相关检测仪器的研制[D];陕西师范大学;2011年
5 李明华;具有光活性的电子给体/受体双缆型共轭聚合物的设计、合成和性能研究[D];中国科学技术大学;2011年
6 张志勇;分子刷型水溶性共轭聚合物的合成、表征与传感应用研究[D];南京邮电大学;2012年
7 王晓晨;新型共轭聚合物的合成及其光电性能研究[D];北京化工大学;2012年
8 鲍碧清;聚芴类共轭聚合物荧光传感器的合成、设计及应用研究[D];复旦大学;2010年
9 董首成;基于咔唑的新型π体系的构筑及性能研究[D];武汉大学;2011年
10 徐晓峰;带亲水基团的有机共轭材料的合成及其对聚合物发光二极管和光伏电池的界面调控[D];华南理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李彬;用于太阳能电池的窄带隙共轭聚合物的合成与性能研究[D];西北师范大学;2011年
2 王安宁;荧光共轭聚合物合成及其在金属离子检测中的应用[D];南京大学;2011年
3 郝丹;两种新型荧光共轭聚合物的合成及其对非离子表面活性剂的分析应用[D];安徽师范大学;2011年
4 胡玉琴;新型水溶性聚苯乙炔—吡啶类共轭聚合物的合成及荧光传感应用研究[D];湖南师范大学;2010年
5 王成智;二类不同共轭聚合物的合成及对金属离子识别性的研究[D];郑州大学;2012年
6 古丽巴哈尔·达吾提;含苯并三氮唑单元的π共轭聚合物的合成与性能研究[D];新疆大学;2012年
7 聂玉娟;含苯并二噻吩及噻吩衍生物的共轭聚合物的合成及光伏性能研究[D];湘潭大学;2011年
8 张永晖;新型N-吡唑咔唑类化合物的合成[D];中北大学;2011年
9 再吐尼古丽·库尔班;π-共轭聚合物的金属配合物催化法合成及性能研究[D];新疆大学;2007年
10 王艳宾;基于吩噻嗪衍生物低能带隙共轭聚合物的合成与表征[D];郑州大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 萧楠;咔唑市场正处成长期[N];中国化工报;2004年
2 吴映红;塑料芯片技术不断发展[N];中国电子报;2001年
3 郭焰;国内最大氧化蒽醌项目启动[N];中国化工报;2000年
4 徐广成;炼焦行业要创新精细化工产品[N];中国冶金报;2005年
5 邓明尚;市场快速成长 煤焦化工产品供应趋紧[N];中国工业报;2006年
6 证报;黑猫公司拟增煤焦油装置[N];中国化工报;2007年
7 北方交通大学  滕 枫 徐 征 赵谡玲;TFEL:强力挑战LCD[N];计算机世界;2002年
8 本报记者 操秀英;进军多学科前沿交叉新领域[N];科技日报;2010年
9 继成;日本万有与法玛西亚合作开发抗癌药J-107088[N];医药经济报;2003年
10 郭璐妍 刘亚楠;秦皇岛检验检疫局 成功研制蜂蜜咔唑心安检测方法[N];中国国门时报;2011年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978