收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于侧链调控策略的高迁移率窄带隙共轭聚合物的设计合成与光电性能的研究

刘迅成  
【摘要】:有机半导体材料作为应用于下一代平板显示、场效应晶体管和光伏电池等有机光电子器件中的有前景的材料,得到了众多研究团队的关注。大量的共辄聚合物不断被设计和合成,并取得了很好的器件性能,比如聚合物光伏电池(PSCs)的效率(PCEs)已经突破了 13%,有机场效应晶体管(OFETs)的迁移率也可以达到10cm2/(Vs)。高迁移率窄带隙聚合物具有重要的作用,不仅可以吸收更多的太阳光提高光伏电池的转化效率,还能加速载流子的输运,在厚膜型光伏电池中具有优异的表现。设计合成新型共辄聚合物时,需要选择适当的烷基侧链与共辄主链进行配合。因此侧链工程是调控聚合物的光电性能和获得高器件性能的有效方法。在本论文中,我们首先介绍在有机半导体材料中具有代表性的烷基侧链的种类,然后再介绍运用烷基侧链工程提高有机光伏电池和有机场效应晶体管器件性能的例子,并获得了具有高迁移率的多种新型窄带隙聚合物。在第三章,大面积高速卷对卷印刷有机光伏电池时,理想的活性层材料不仅需要在最优厚度下展现出优异的能量转化效率,还需要在活性层厚度大幅变化时保持较高的太阳能转化效率。所以我们在主链基于氟代苯并噻二唑(FBT)和联四噻吩的聚合物PFBT4T上引入含硅氧烷的烷基侧链,设计合成一系列交替和侧链无规共聚物。含硅氧烷的侧链可以诱导聚合物获得更多的face-on取向排列,使其具有3-D载流子快速输运特性。其OFETs和空间电荷限制电流(SCLC)法测试得到的空穴迁移率分别高达2.46 cm2/(V s)和5.9×10-2 cm2/(V s)。基于无规共聚物的光伏电池器件,当活性层厚度从270nm到600nm之间变化的时候,器件的能量转换效率都在10.15%以上,并在420nm下获得11.1%的最高效率。这是目前活性层厚度在600nm级别时,第一个光伏器件效率还能超过10%的聚合物给体材料。此外,活性层厚度在420和600 nm时,器件分别保持超过74%和71%的高填充因子。在第四章,针对对醌二甲烷(p-QM)化学稳定性差、不能直接引入聚合物主链内的问题,首次把氮原子和烷氧基链引入到p-QM,得到了稳定的氮杂对醌二甲烷(p-AQM)单元,这是一个稳定、非扩展型的,可以直接引入聚合物主链来构筑窄带隙共辄聚合物的新型结构单元。首次详细报道了其化学结构、合成路线和光电特性。通过在主链重复结构单元上面引入不同噻吩个数形成了一系列醌式结构的聚合物,由于p-AQM的醌式特性使得目标聚合物具有窄的带隙和高达0.54 cm2/(V s)的迁移率。共辄聚合物的带隙展示出了与很多D-A聚合物不一样的变化规律,通过理论计算解释了这种规律和揭示了本质,也许能打开具有特殊光电特性的共辄聚合物的应用大门。在第五章,我们探寻和研究了烷基链分叉点位置对p-AQM聚合物光电性能和OFET器件性能的影响。设计合成了一系列烷基链分叉点位置不同的p-AQM聚合物。不同的烷基链分叉点会导致单体的产率、聚合物的分子量、聚合物溶解性、聚合物的空穴迁移率具有一定的奇偶性规律。当把烷基链分叉点逐渐向外移动时,聚合物的HOMO能级上升,光学带隙减小,分子链层间排列由face-on转变成edge-on。聚合物的最高迁移率达到了1.05cm2/(Vs)。侧链工程是能使p-AQM聚合物实现更高迁移率的有效方法,并揭示了聚合物中结构-性能的关系。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前14条
1 徐秋舒;陈仕艳;王华平;;新型共轭聚合物太阳能材料的合成与表征[J];中国科技论文;2013年02期
2 刘承美,宋建涛,胡富贞;感光性可溶共轭聚合物聚对苯的合成[J];华中科技大学学报(自然科学版);2004年05期
3 许怡赦,陈国鼎,周金运;电化学处理对Π共轭聚合物阳极特性的改善[J];广东工业大学学报;2004年03期
4 张宝明;徐晶晶;董爱娟;;荧光共轭聚合物的荧光机理研究[J];科技视界;2012年28期
5 海杰峰;尹良敏;唐卫华;;基于噻唑并噻唑结构的共轭聚合物太阳能电池材料的合成与表征[J];中国科技论文;2014年02期
6 牛俊峰;杨志祥;黄光荣;曾翎;;聚苯撑乙炔共轭聚合物的合成及光电性能[J];浙江科技学院学报;2006年02期
7 潘月琴;王潇漾;潘喆;李永玺;李超;陈彧;;D-π-A型共轭聚合物的合成及其光伏性能[J];功能高分子学报;2014年02期
8 张玉华;刘文;刘德胜;;有机共轭聚合物材料中的齐纳隧穿[J];济南大学学报(自然科学版);2009年04期
9 周详,胡承正;共轭聚合物中π电子行为及滑移平面对称性[J];低温物理学报;2000年06期
10 邓云峰;鲍程;田洪坤;谢志元;耿延候;;含二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]氧膦杂环戊二烯共轭聚合物的合成及其在薄膜晶体管和体异质结太阳能电池中的应用[J];高分子学报;2013年05期
11 谢德民,谢忠巍,王荣顺;共轭聚合物的电学性质及其应用[J];功能材料;1995年02期
12 向梅;贾振红;吕小毅;钟福如;;新型共轭聚合物PDABTh/PS复合膜的光学三阶非线性研究[J];光电子.激光;2011年08期
13 ;华北电力大学谭占鳌教授课题组在聚合物太阳电池电极界面研究方面取得新进展[J];华北电力大学学报(社会科学版);2014年03期
14 彭月明;王学业;王暖庆;郑小燕;张迎;;苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩的共轭聚合物光伏材料的能隙的理论研究(英文)[J];计算机与应用化学;2010年06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 刘迅成;基于侧链调控策略的高迁移率窄带隙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;2017年
2 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
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 司自卫;功能化聚合物囊泡的制备与表征[D];华南理工大学;2017年
6 张利鹏;用于聚合物太阳能电池的噻吩吡咯二酮共轭类给体材料的制备及光伏性能研究[D];河南大学;2017年
7 黄其赞;共轭聚合物及有机无机复合空穴传输材料的制备与光电性能的研究[D];东南大学;2017年
8 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
9 邓杨;新型喹啉类共轭聚合物及离子识别应用[D];山西大学;2017年
10 林凯;可交联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;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
  • 010-62982499
  • 010-62783978