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苯并二吡咯酮与萘并二噻吩共聚物的合成及性质研究认领

作者：

石淦徽

学位授予单位：

青岛科技大学

摘要：

聚合物太阳能电池(PSCs)由于其在获得低成本、轻量化、大面积、柔性器件方面的独特优势,作为一种很有前途的资源受到了广泛的关注。在过去的十年中,在低带隙(LGB)聚合物及其典型的本体异质结(BHJ)器件上付出了巨大的努力,将功率转换效率(PCE)从1%左右提高到12%以上。用作太阳能材料的低能量端吸收光谱尽可能覆盖整个可见光与近红外区域是提高的太阳能利用率的必要条件。而窄带隙聚合物材料不但在短波范围内具有较宽的吸收,在长波范围尤其是近红外区域也具有很宽的吸收。而降低聚合物能隙的方法有两种:一是在聚合物主链中构筑给体-受体结构以增强其分子内电荷转移能力,二是提高聚合物的共轭结构长度。本论文以苯并二吡咯酮为受体单元,萘并二噻吩为供体单元,设计合成一系列给体-受体(D-A)聚合物,并对其结构与性质展开研究。(1)苯环修饰的苯并二吡咯酮衍生物与萘并二噻吩共聚形成的D-A聚合物。采用3,7-双(4-溴苯基)-2,6-二氧-1,2,5,6-四氢化苯并[1,2-b:4,5-b']二吡咯(BDPP)为受体单元,1,6-二(三甲基锡)-4,9-二(癸基)-萘并二噻吩(NDT)为供体单元,1,4-二溴-2-十二烷基噻吩为第三单体合成了一系列受体-供体聚合物(PBDPP-NDT、PBDPP-NDT-A10、PBDPP-NDT-A20、PBDPP-NDT-A30)。通过核磁共振等手段对单体和聚合物的结构进行了表征,对单体和聚合物的紫外-可见吸收性质、电化学性质和热性质进行了系统研究。研究表明,四种聚合物的波长吸收范围在340-700nm,长波吸收峰值分别为567nm,536nm,431nm,600nm,分子空间结构不同的聚合物能影响到分子内的电荷转移能力,即分子链规整性较好的聚合物PBDPP-NDT比分子链规整性较差的聚合物PBDPP-NDT-A10具有更窄的光学能隙,四种聚合物光学能隙分别为1.67eV,2.05eV,2.21eV,1.85eV。电化学能隙分别为1.66eV,1.76eV,1.61eV,1.84eV。且聚合物表现出优秀的热稳定性,热分解温度都在380℃以上。(2)噻吩修饰的苯并二吡咯酮衍生物与萘并二噻吩共聚形成的D-A聚合物。采用3,7-二噻吩-2-基-1H,5H-吡咯[2,3-f]吲哚-2,6-二酮(BDPT)为受体单元,1,6-二(三甲基锡)-4,9-二(癸基)-萘并二噻吩(NDT)为供体单元,1,4-二溴-2-十二烷基噻吩为第三单体合成了一系列受体-供体聚合物(PBDPT-NDT、PBDPT-NDT-A10、PBDPT-NDT-A20、PBDPT-NDT-A30)。通过核磁共振等手段对单体和聚合物的结构进行了表征,对单体和聚合物的紫外-可见吸收性质、电化学性质和热性质进行了详细的研究。研究表明,以BDPT为受体单元的聚合物表现出了更好的性能,其聚合物波长范围在350-1100nm,长波吸收峰值分别为722nm,742nm,730nm,718nm,光学能隙分别为1.12eV,1.09eV,1.16eV,1.20eV。电化学能隙分别为1.81eV,1.67eV,1.30eV,1.49eV。热分解温度在384℃以上。

摘要译文

关键词：

苯并二吡咯酮; 萘并二噻吩; D-A聚合物; 电化学性质; 光物理性质

学位年度：

2021

学位类型：

硕士

学科专业：

材料工程（专业学位）

导师：

陈学刚

中图分类号：

TM914.4[太阳能电池⑨];TQ317[高分子化合物产品]

学科分类号：

080709[储能科学与工程];080809[新能源发电与电能存储];070305[高分子化学与物理];080501[材料学];081702[化学工艺];081707[材料化工]

D O I：

10.27264/d.cnki.gqdhc.2021.000520