基于噻吩[3,4-d]哒嗪1,4-二酮聚合物的合成及其性能研究

摘要

近些年基于太阳能光伏的研究和利用发展迅速，有机聚合物太阳能电池因其具有质量轻，材料来源广泛，可溶液加工，可制备柔性可弯曲器件等优点备受关注。另外聚合物太阳能电池具有通过分子设计对化学结构进行修饰来调控聚合物太阳能电池物理和化学性能的独特优势。当前，基于有机聚合物材料的太阳能电池的光电转换效率已经超过了10％。作为有机光伏器件的材料基础，设计和合成新型综合性能优良的有机共轭聚合物半导体材料具有非常重要的意义。本论文通过研究共轭聚合物结构与性能的关系，设计并合成出一系列基于5，7-二溴-2，3-二烷基-噻吩[3，4-d]哒嗪-1，4-二酮(DHTPD)的新型共轭聚合物材料，并应用于有机聚合物太阳能电池的研究中，为下一步设计性能更加优异的聚合物光电材料提供前期探索。
　　主要工作内容如下:
　　1、通过将噻吩[3，4-d]吡咯-4，6-二酮(TPD)单元上的吡啶环换成了哒嗪环，合成出受体单元5，7-二溴-2，3-二烷基-噻吩[3，4-d]哒嗪-1，4-二酮(DHTPD)。将DHTPD单元与苯并[1，2-b∶3，4-b]二噻吩-4，8-二酮(BDT)聚合得到两种新型的D-A共轭聚合物P1和P2。研究了聚合物的热性能、光学性能、电化学性能及固态堆积性质，最后对聚合物重复单元进行计算模拟。这些工作对DHTPD单元在有机聚合物光电功能材料领域的应用进行了有益的探索。
　　2、为了增加聚合物主链的共平面性，以及进一步提高聚合物P1和P2的性能，在DHTPD单元两侧各增加一个噻吩桥，将其与具有不同烷基链长度的苯并[1，2-b∶3，4-b]二噻吩-4，8-二酮(BDT)聚合，得到具有D-兀-A结构的聚合物P3、P4和P5。我们着重对P4和P5的热性能、光学性能、电化学性能及固态堆积性质进行了比较和分析，对聚合物重复单元进行计算模拟。基于P4和PC71BM的聚合物太阳能光伏器件的光电转换效率最高达到了3.86％，其中开路电压为0.64V，短路电流密度为10.93mA/cm2，填充因子为55％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 有机聚合物太阳能电池的发展历程

1．3 有机聚合物太阳能电池的结构和基本原理

1．3．1 聚合物太阳能电池的结构

1．3．2 聚合物太阳能电池的分类

1．3．3 聚合物太阳能电池的基本原理

1．4 有机聚合物太阳能电池的表征参数

1．4．1 开路电压(Voc)

1．4．2 短路电流(Jsc)

1．4．3 填充因子(FF)

1．4．4 能量转换效率(PCE)

1．4．5 外量子效应(EQE)

1．4．5 标准测试条件

1．5 聚合物太阳能电池面临的挑战

1．6 聚合物太阳能电池活性层给体材料

1．6．1 噻吩并吡咯类聚合物

1．6．2 噻吩并[3，4-b]噻吩类聚合物

1．6．3 苯并噻二唑类聚合物

1．6．4 其他类聚合物给体材料

1．7 论文的选题意义及设计思想

第二章 基于噻吩[3，4-d]哒嗪1，4-二酮单体的聚合物的合成及性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂与仪器

2．2．2 单体和聚合物的合成

2．3 结果与讨论

2．3．1 目标聚合物的合成

2．3．2 热性能分析

2．3．4 光学性能分析

2．3．5 电化学性能

2．3．6 聚合物膜的固态堆积性质

2．3．7 密度泛函数理论计算

第三章 基于引入噻吩桥的噻吩[3，4-d]哒嗪二酮单体及聚合物的合成及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与仪器

3．2．2 单体和聚合物的合成

3．3 结果与讨论

3．3．1 目标聚合物的合成

3．3．2 聚合物的热稳定性

3．3．3 聚合物的光学性能

3．3．4 电化学性质

3．3．5 聚合物的固态堆积性质

3．3．6 密度泛函数理论计算

3．3．7 光伏性质

第四章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢