Z字梯型稠环聚合物太阳能电池材料的合成及其光伏性能研究.pdfVIP

Z 字梯型稠环聚合物太阳能电池材料的合成及其 光伏性能研究 中文摘要 本论文介绍了聚合物太阳能电池的研究现状。聚合物给体材料是影响聚合物太阳能电 池能量转换效率的重要因素之一。为了得到窄带隙、宽吸收的高性能聚合物，设计合成了 萘并二噻吩二酮这种含内酰胺结构的z字梯型稠环受体单元，并得到了两种共聚物。以合成 的两种聚合物作为给体材料制备本体异质结聚合物太阳能电池，并研究了聚合物的光伏性 能等，以及通过量化计算MOPAC 2012软件提供的PM7方法对两种聚合物的合成过程进行 了反应机理的热力学研究，最终得到了与实验相一致的结果。研究结果表明： 1. 合成新型稠环受体单元萘并二噻吩二酮(zTX) ，并分别和优良的给体单元噻吩和硒 吩合成两种共聚物PThzTX和PSezTX ，这两种聚合物都具有良好的热稳定性和较窄的光学 带隙，PThzTX和PSezTX 的光学带隙分别为2.05 eV和1.97 eV，同时吸收峰从溶液到膜并没 有明显的红移，分别为4 nm和8 nm 。PThzTX和PSezTX都具有较低的HOMO能级，分别为 -5.64eV和-5.65eV，接近于理想的HOMO能级。较低的HOMO能级会使聚合物具有较高的 V 。基于聚合物PThzTX和PSezTX与PC BM 的太阳能电池能量转换效率分别达到0.98%和 oc 7 1 2.36% 。 2. 通过MOPAC 2012 中的程序PM7半经验量子化学方法,计算出两种聚合物(PThzTX 和PSezTX)反应过程中间体的相关热力学参数及前线轨道能量值。通过分子热力学参数Hr 和G 以及前线轨道E 和E 的量子化学计算发现，溴化反应(即d步的反应)最易进行， r HOMO LUMO 关环反应(c)和聚合反应(e、f)均需要在加热条件下才能进行的。D-A共聚物PThzTX之间的 推-拉电子能力更强，并且这些结论均与实验结果相一致，这说明PM7半经验分子轨道方法 为理解推测的反应机理和解释获得的实验结果提供了有利依据。 关键词：聚合物太阳能电池；z 字梯型；MOPAC 2012；PM7；光伏性能 I 万方数据 A Researches on the Synthesis and Photovoltaic Performance of Zigzag Ladder Fused-Ring Building Block for Polymer Solar Cell Abstract In this thesis, we introduced researches of polymer solar cells. The active material is one of the important factores that affect the energy conversion efficiency of polymer solar cells. In order to obtain high performance copolymer with narrow band gap and wide absorption, we designed and synthesized a zigzag ladder type fused ring acceptor unit with 7,14-Bis(2-octyldodecyl) thieno[3',2':3,4]isoquinolino [6,5-f]thieno[3,2-c]isoquinoline-6,13(7H,14H)-dione, and then two co-polymers were obtained,