基于聚噻吩衍生物的有機太陽能電池材料的研究.pdf

1、隨著人類社會的快速發(fā)展，尋求并有效利用可持續(xù)的、不受地域限制的、安全綠色的能源是未來發(fā)展的主要方向。目前，對于太陽能的開發(fā)利用已經(jīng)成為研究的焦點，而將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁亲钣行У睦檬侄?。因此，太陽能電池已?jīng)受到人們普遍的關(guān)注，其中無機太陽能電池已經(jīng)被商業(yè)化，但考慮到無機太陽能電池的高成本、工藝復(fù)雜，人們已經(jīng)著眼于有機太陽能電池。
　　目前，P3HT（聚3-己基噻吩）為電子給體和PCBM（C60富勒烯衍生物）為電子受體的體異質(zhì)結(jié)聚合

2、物有機太陽能電池由于其成本低廉、容易加工（可用旋涂、噴墨、滾筒印刷等方式大規(guī)模生產(chǎn)）等優(yōu)勢成為了最有商業(yè)化潛質(zhì)的有機太陽能電池體系，但其光電轉(zhuǎn)換效率尚不理想。作為有機太陽能電池的基礎(chǔ)，設(shè)計和合成性能優(yōu)異的有機活性層材料是提高和改善有機太陽能電池性能的關(guān)鍵。本論文對基于聚噻吩衍生物的有機太陽能電池的材料進行研究，主要是對基于P3HT（聚3-己基噻吩）為電子給體的有機太陽能電池的給體材料進行研究。通過合成新的聚合物，并將其與P3HT摻雜拓寬

3、對太陽光譜的吸收，進而提高有機太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
　　在這篇論文中，我們合成了兩種目標單體、四種聚合物，并對它們的分子量、紫外光譜、熒光光譜、核磁共振氫譜、模擬性質(zhì)進行了研究，并探討了分子結(jié)構(gòu)和某些性能之間的聯(lián)系，希望能為進一步探索性能更加優(yōu)異的有機太陽能電池奠定基礎(chǔ)。論文主要內(nèi)容如下:
　　1.詳細介紹了有機太陽能電池的作用機理、結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)及材料的研究進展。
　　2.合成了兩種芴乙烯衍生物:9，9-二丁基-2

4、-乙烯基-芴(9，9-dibutyl-2-vinyl-fluorene)、9，9-二己基-2-乙烯基-芴(9，9-dihexyl-2-vinyl-fluorene)。測試了紫外吸收和熒光發(fā)射光譜;采用密度泛函(DFT)和含時密度泛函的方法對其幾何結(jié)構(gòu)和激發(fā)態(tài)進行模擬計算，與我們的實驗結(jié)果基本一致;利用1HNMR對單體的結(jié)構(gòu)進行了表征，測試結(jié)果證實產(chǎn)物為目標產(chǎn)物。
　　3.分別以9，9-二丁基-2-乙烯基-芴、9，9-二己基-2-乙

5、烯基-芴為單體，合成了兩種均聚物PBF、PHF;將兩種單體分別與9-乙烯基-咔唑聚合，合成了兩種共聚物PBF-CaZ、PHF-CaZ。利用凝膠滲透色譜(GPC)測試聚合物的分子量，證明是大分子。利用紫外和熒光技術(shù)分別探討了溶液態(tài)和薄膜態(tài)聚合物的分子結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能之間的關(guān)系，得出:僅僅是碳鏈長度的變化對紫外吸收的影響很小;與單體相比，聚合反應(yīng)時雙鍵變成單鍵，減小了體系的共軛程度，導(dǎo)致最大吸收峰發(fā)生藍移;共聚物與單體、均聚物相比，雙鍵發(fā)生聚

6、合變成單鍵，最大吸收峰藍移。CH2的隔離效應(yīng)，導(dǎo)致共聚物的紫外吸收是芴和咔唑的生色團吸收的疊加。
　　4.將PBF、PHF、PBF-CaZ、PHF-CaZ分別與P3HT摻雜，利用紫外吸收光譜對薄膜態(tài)共混物的分子結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能之間的關(guān)系進行了探討。PBF-CaZ摻雜P3HT、PHF-CaZ摻雜P3HT的薄膜的吸收光譜是芴、咔唑以及P3HT三者之間吸收峰的疊加，沒有出現(xiàn)其它的吸收峰，也沒有發(fā)生吸收峰位置的移動，證明PBF-CaZ、PH