基于苯并二噻吩和吡咯并吡咯二酮的共聚物光伏材料的合成及性能研究

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1、学校代号10530学号201106041387分类号O63密级公开硕士学位论文基于苯并二噻吩和吡咯并吡咯二酮的共聚物光伏材料的合成及性能研究学位申请人张敏指导老师谭松庭教授学院名称化学学院学科专业高分子化学与物理研究方向功能高分子二零一四年四月十日万方数据Synthesisandstudyonthepropertiesofcopolymerphotovoltaicmaterialsbasedonbenzo[1,2-b:4,5-b’]dithiopheneanddiketopyrrolopyrroleCandidateMinZhangSupervisorProf.SongtingTanColl

2、egeCollegeofChemistryProgramPolymerChemistryandPhysicsSpecializationFunctionalPolymerDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateApril,2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承

3、担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据湘潭大学硕士论文摘要聚合物太阳能电池(PSCs)具有潜在的商业发展优势，如：能有效地降低成本、基板柔性、重量轻等。因此，PSCs的研究和发展受到社会各界的广泛关注。近年来，本体异质结聚合物太阳能电池(BHJP

4、SCs)在研究者们的共同努力下，取得了飞跃式的发展，其能量转换效率(PCE)已超过10%。但是要真正实现其商业化，还有许多困难需要克服。为了获得高的能量转换效率，我们以拓宽光谱、增强吸收、调控HOMO-LUMO能级、提高空穴迁移率等为目的，设计并合成了一系列含苯并二噻吩(BDT)和吡咯并吡咯二酮(DPP)的聚合物太阳能电池给体材料。同时，采用核磁共振、红外光谱、飞行时间质谱等测试方法对所合成的中间化合物及目标聚合物进行了结构表征，并利用紫外-可见吸收光谱、循环伏安法等测试方法，较系统地研究了这些聚合物的光物理及电化学性能。同时，我们以所合成的聚合物作为电子给体材料，富勒烯衍生物(PC61BM

5、)作为电子受体材料，制备了本体异质结聚合物太阳能电池，并对其光伏性能进行了测试，其主要结果如下：1、以苯并二噻吩(BDT)或烷基噻吩取代的苯并二噻吩(BDTT)和吡咯并吡咯二酮(DPP)的二元共聚物为基础，将含有苯并噻二唑侧链(TDTBT)基元引入到聚合物骨架，合成了两个三元共聚物P1和P2。同时，运用紫外-可见吸收光谱、循环伏安法等对这两个聚合物的光物理和电化学性能进行了测试。结果表明，两个三元共聚物的吸收光谱都得到了有效的拓宽，并且它们的HOMO能级得到了优化。基于所合成的这两个三元共聚物的BHJPSCs得到的能量转换效率均高于两个二元共聚物，对应的PCE分别为5.05%和4.85%。2

6、、在含有烷基噻吩取代的苯并二噻吩和吡咯并吡咯二酮的二元共聚物(PBDTT-DPP)的基础上，将含异靛侧链(TID)的基元引入共聚物骨架，合成了一系列的三元共聚物。通过改变DPP和TID两个单元的比例，所得到的三元共聚物的紫外-可见吸收光谱和HOMO能级得到了很好的调节，从而获得了高达-215mAcm的短路电流和0.76V的开路电压。最终，基于所合成的共聚物P5(DPP:TID=1:1)和PC61BM的BHJPSCs获得了最高为5.62%的能量转换效率。关键词：聚合物太阳能电池；三元共聚物；吸收光谱；HOMO能级；光伏性能I万方数据湘潭大学硕士论文AbstractPolymersolarcel

7、ls(PSCs)havebeenattractedmuchattentionduetoitscommercialcompetitiveness,suchaslowcost,flexiblesubstrates,light-weight.Withthejointeffortsfromallsocialsectors,greatprogresshasbeenachievedwiththehighestpowerc