基于苯并噻二唑的小分子光伏材料设计合成与性质研究

通过Suzuki偶联反应成功合成了两种新型的小分子光伏给体材料BT-1和BT-2,其以5,6-正辛氧基苯并噻二唑为中心吸电子单元,分别以9-苯基-9H-咔唑或N,N-二甲基苯胺为末端给电子单元,以联二噻吩或噻吩为桥键.利用核磁和高分辨质谱对其进行了结构表征.通过紫外-可见吸收光谱和电化学循环伏安法及密度泛函和含时密度泛函理论对其性质进行了研究.结果表明,BT-1和BT-2在常规有机溶剂中具有良好的溶解性;具有较宽的紫外-可见光谱吸收范围;具有与受体材料PC61BM相匹配的HOMO和LUMO能级.其中,弱给电子单元9-苯基-9H-咔唑的引入有效降低了BT-1的HOMO能级,有助于获得较高的开路电压;强给电子单元N,N-二甲基苯胺的引入降低了BT-2的禁带宽度,有利于获得较大的短路电流.     

氟原子对光伏聚合物性能的影响

以二（2-辛基十二烷氧基）苯并二噻吩（ODBDT）为供体单元，分别与受体单元二噻吩苯并噻二唑（DTBT）和二氟代二噻吩苯并噻二唑（DTffBT）共聚，合成了两种具有给-受体（D-A）结构的共轭聚合物PODBDT-DTBT和PODBDT-DTffBT。利用紫外-可见吸收光谱、循环伏安法研究了聚合物的光物理与电化学性能，并通过光伏性能测试研究了氟原子对聚合物太阳能电池的影响规律。结果表明，氟原子的引入使得聚合物的光学带隙变窄，溶解性变差；基于PODBDT-DTBT或PODBDT-DTffBT与PC₇₁BM共混制备的本体异质结太阳能电池，光电转化效率分别为3.01%和2.00%。     

氟原子对光伏聚合物性能的影响

以二(2-辛基十二烷氧基)苯并二噻吩(ODBDT)为供体单元,分别与受体单元二噻吩苯并噻二唑(DTBT)和二氟代二噻吩苯并噻二唑(DTffBT)共聚,合成了两种具有给-受体(D-A)结构的共轭聚合物PODBDT-DTBT和PODBDT-DTffBT。利用紫外-可见吸收光谱、循环伏安法研究了聚合物的光物理与电化学性能,并通过光伏性能测试研究了氟原子对聚合物太阳能电池的影响规律。结果表明,氟原子的引入使得聚合物的光学带隙变窄,溶解性变差;基于PODBDT-DTBT或PODBDT-DTffBT与PC71BM共混制备的本体异质结太阳能电池,光电转化效率分别为3.01%和2.00%。     

基于双氰基茚满二酮吸电子单元的非对称小分子给体的合成及其光伏性能

采用双氰基茚满二酮为吸电子单元，分别以苯并二噻吩并吡咯和4,4’-二甲基三苯胺为给电子单元，设计合成了两种具有给电子-吸电子(D-A)型结构的非对称小分子给体材料D1和D2;通过紫外-可见吸收光谱和循环伏安法研究了这两个小分子给体的光学性能及电化学性质，并考察了由这两个小分子和C₇₀制备的全小分子有机太阳能电池的光伏性能.研究结果表明：含有稠环给电子单元的小分子给体D1比含有三苯胺给电子单元的D2具有更宽的光学吸收、更低的最高占据分子轨道能级和更好的光伏性能；以D1和D2为给体、C₇₀为受体的可真空蒸镀有机太阳能电池的最高光电转换效率分别为5.03%和3.78%.     

新型双光子引发剂9-苄基-3，6-二［2-(吡啶-4-基)-乙烯基］咔唑的合成及其聚合特性

以咔唑和苄氯为原料，在温和条件下与N-溴代丁二酰亚胺反应得到了中间体3,6-二溴-9-苄基咔唑。从此中间体出发，经Heck反应合成了具有C_2v对称性的9-苄基-3,6-二［2-（吡啶-4-基）-乙烯基］咔唑（BPyVC）。采用核磁共振、红外、质谱等手段确定了新化合物的结构，并对化合物的光物理特性进行了评价。双光子聚合实验的结果表明，BPyVC在扫描速度为22mm/s时的双光子聚合的最低能量密度低于92.7kJ/cm²，在固定光强为12.7mW时，引发双光子聚合的最少曝光时间低于1.15ms。     

咔唑-呋喃-噻吩以及吲哚-呋喃-噻吩齐聚物的合成

五氟苯和五氟溴苯是公认的代表性的含氟化合物,可以通过多种反应与其它化合物相连接。N-芳化杂环化合物例如咔唑和吲哚是具有空穴传输性能、在紫外光范围有很强的吸收并且具有发可贵的蓝光等特性。以咔唑为侧基的非共轭类聚合物具有很好的光学性能和空穴传输性能。呋喃噻吩齐聚物具有优异的性质。该文发展了合成咔唑-呋喃-噻吩以及吲哚-呋喃-噻吩齐聚物的方法。以自制的五氟苯代吲哚和五氟苯代咔唑为起始原料,与硼试剂反应分别制备相应的硼酸酯。通过溴封端的噻吩-氟代呋喃-噻吩中间体与硼酸酯反应制备咔唑-呋喃噻吩以及吲哚-呋喃-噻吩齐聚物。     

聚(4,7-二(4-己基噻吩-2-基)-2,1,3-苯并噻二唑)的合成及光/电化学性质研究

本文通过Still偶联反应合成了4,7-二(4-己基噻吩-2-基)-2,1,3-苯并噻二唑,进一步经Fe Cl3氧化法合成得到聚(4,7-二(4-己基噻吩-2-基)-2,1,3-苯并噻二唑)(PHB),并利用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、发光光谱、循环伏安曲线及热重(TG)进行表征.与聚3-己基噻吩(P3HT)的光/电化学性质比较表明,共轭链中D-A推拉电子结构的形成能显著提高共轭高分子聚合物最大吸收波长,降低带隙.     

原油中部分吡咯类含氮化合物运移参数的适用性

原油中含氮化合物参数已经成为研究油气运移方向的主要手段,但大量研究实例表明,在不同的地质条件下可能取得不同的应用效果.作者根据渤海湾盆地黄骅坳陷、松辽盆地古龙凹陷、长岭凹陷和新疆焉耆盆地的部分样品,分析了油气运移过程对原油中吡咯类含氮化合物组构的影响,讨论了参数之间的相关性,初步探讨了不同参数在油气运移方向研究中的适用性.分析表明,针对部分中国陆相盆地而言,除了含氮化合物丰度和1,8-二甲基咔唑/2,7-二甲基咔唑外,比较有效的运移参数主要还有苯并[a]咔唑 苯并[b]咔唑 苯并[c]咔唑、苯并[a]咔唑/苯并[c]咔唑或苯并[a]咔唑/(苯并[a]咔唑 苯并[c]咔唑)、遮蔽型烷基咔唑化合物含量(G1)/遮蔽型烷基咔唑化合物含量(G3)、3-甲基咔唑/4-甲基咔唑、甲基咔唑/二甲基咔唑、二甲基咔唑/三甲基咔唑等.     

共轭单元调控三苯胺类敏化染料电子激发性质的计算研究

为了增强传统乙烯键π桥的拉电子能力,针对经典D-A-π-A型三苯胺基敏化染料在电荷转移过程中的分子内回流现象,通过在额外受体苯并噻二唑和π桥乙烯之间增加苯、噻吩、呋喃和吡咯等共轭单元设计了4个新的染料分子,基于第一性原理计算探究了共轭单元对染料RL1激发态的调控作用。结果表明,苯并噻二唑在起到额外受体电子推拉作用的同时,由于较强的吸电子能力,导致一定的电子回流;设计的4种染料分子与RL1染料相比,苯、噻吩、呋喃和吡咯既减弱了苯并噻二唑的吸电子能力,又起到了一定的电子供体作用,明显增强了氰基乙酸基团的吸电子能力。在染料分子的设计和合成中,研究结果可为进一步提升染料的光电转化效率提供理论依据。     

给体-受体型聚合物光伏电池材料的设计合成及器件

给体-受体型聚合物是目前研究最广且性能最优的太阳能电池材料。本文以笔者课题组的研究成果为基础,结合国内外最新研究结果,综述了给体-受体型聚合物光伏电池材料及其电池器件加工工艺与技术的最新研究进展。本文介绍的聚合物材料主要包括卟啉类、萘并二噻吩类、苯并噻(噁)二唑类、二茚并二噻吩类等,电池器件加工技术方面则包括溶剂添加剂和界面修饰层的应用及其对光伏电池性能的影响等。     

双重优化对基于P3HT:PCBM有机太阳能电池效率的提高

有效提高太阳能电池对光的吸收效率是提高太阳能电池能量转换效率的重要因素.在以poly(3-hexylthiophene)(P3HT)为电子给体材料,[6,6]-phenyl C60-butyric acid methyl eater(PCBM)为电子受体材料的有机太阳能电池中,Poly-(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)与活性层之间插入不同厚度的P3HT层,并在P3HT层最佳厚度的基础上,进一步在活性层中掺杂不同比例的Ag纳米粒子,双重优化了电池器件.当插入45 nm的P3HT层及掺杂质量比为5%的Ag纳米粒子时活性层薄膜的形貌及内部结构得到了改善,电池对光的吸收,及外量子效率得到了显著地提高,并出现红移现象.在25°C,光强为100 mW/cm2的条件下测量其短路电流密度JSC为11.21 mA/cm2,能量转化效率PCE为3.79%.     

多晶硅薄膜太阳电池电子辐照研究

利用静电加速器对多晶硅薄膜太阳电池进行了电子辐照实验。电子能量为1MeV,分别以1014e/cm2、1015e/cm2和1016e/cm2电子辐照注量进行辐照,首次获得了多晶硅薄膜太阳电池在高注量的电子辐照后,性能衰降比晶体硅大的结果。结合太阳电池理论和半导体材料的电子辐照效应给出了合理的解释。     

Quasi—solid—state nanocrystalline TiO2 solar cells using gel network polymer electrolytes based on polysiloxanes

A quasi-solid-state dye-sensitized manocrystal-line porous TiO2 film solar cell was fabricated using a novel gel network polymer electrolyte based on polysiloxanes with both polyethylene oxide internal plasticized side chains and quaternary ammonium groups.The cell exhibited better photoelectrical conversion performance under 60 mW/cm^2 irradiation.The short photocurrnt (Isc) of 5.0mA/cm^2 and open voltage(Voc) of 0.68V were achieved,and the energy conversion efficiency(η) and fill factor (ff) were 3.4% and 0.60,respectively.     

太阳辐射对相干激光告警接收机信噪比影响的理论分析

以相干激光告警接收机为研究对象，建立了在强太阳光照射下的信噪比数学模型．将太阳近似为一个5900K的球形黑体，通过严格的计算得到，在不考虑大气对太阳光的衰减作用的情况下，日地平均距离处太阳对地球的辐照度为148．7mW／cm^2．在考虑遮光罩的空间滤波的作用下，利用该数学模型分析得到太阳辐射最强时，太阳光经地面反射到达激光告警接收机CCD探测器上的太阳光功率密度为3．4mW／cm^2；同时，分析了在CCD探测器响应率最差的来袭激光和太阳辐射最强的情况下，该激光告警接收机最差的探测信噪比为17．5．（实验中选用的待测激光波长λ为1064nm，到达激光告警接收机前的光功率密度为10mW／cm^2，脉宽为10ns．）     

Cu2ZnSnS4/Zn(O,S)异质结薄膜太阳电池的数值仿真研究

Zn(O,S)具有带隙宽、原料丰富且环保的优点,是一种很有潜力的CdS替代缓冲层。本文采用Solar Cell Capacitance Simulator (SCAPS)软件,对CZTS/Zn(O,S)/Al:ZnO 结构的薄膜太阳电池进行数值仿真,主要模拟研究Zn(O,S)的禁带宽度和电子亲和势、缓冲层的厚度及掺杂浓度、环境温度对电池性能的影响。结果表明：当Zn(O,S)的厚度和载流子浓度分别为50 nm和10₁₇ cm_-3时,电池的转换效率可达14.90％,温度系数为-0.021%/K。仿真结果为Zn(O,S)缓冲层用于CZTS太阳能电池提供了一定的指导。     

基于噻唑并噻唑结构的共轭聚合物太阳能电池材料的合成与表征简

为了得到一种新型高效的聚合物太阳能电池材料,通过Stille聚合反应合成了一种以噻唑并噻唑为电子受体单元和硅基联噻吩为电子给体单元的交替共轭聚合物（PTTz-Si）。这种聚合物具有较窄的光学带隙（1．77 eV）、较高的热稳定性以及比较宽泛的紫外可见吸收光谱,其良好的溶解性保证了可以通过溶液加工制备成有机太阳能电池器件,是一种潜在的聚合物太阳能电池活性层供体材料。通过核磁共振氢谱、碳谱、热重分析、紫外可见吸收光谱、凝胶渗透色谱和电化学等测试方法对该聚合物进行了表征,并且将聚合物与PC71 CM共混制备聚合物太阳能电池器件,获取0．76％的光电转化效率。     

Luminescent and photovoltaic properties of poly（9,9-dioctylfluorene- co-bithiophene） in organic electronic devices

We studied the luminescent and photovoltaic properties of poly(9,9-dioctylfluorene-co-bithiophene)(F8T2) based on ITO/PEDOT:PSS/F8T2/Bphen/LiF(0 or 1 nm)/Al and ITO/PEDOT:PSS/F8T2:PCBM/Bphen/Al.A stable and bright yellow emission was obtained from polymer F8T2,and the electroluminescence power reached 45 ?W at a 15 V driving voltage.Polymer F8T2 shows a broad absorption band from 400 to 500 nm,and has a shorter absorption edge at about 560 nm compared to that of the typical electron donor P3HT(650 nm).The photoluminescence quenching of F8T2 occurs with only a small fraction of blended PCBM due to the effective exciton dissociation at the interface between F8T2 and PCBM.Polymer solar cells(PSCs) using F8T2:PCBM as the active layer show a low power conversion efficiency(PCE) of 0.10% with an open circuit voltage(Voc) of 0.91 V and short circuit current density(Jsc) of 0.23 mA/cm2.The PSCs using F8T2:P3HT:PCBM as the active layer have a Voc of 0.85 V and Jsc of 3.02 mA/cm2,improving the PCE by about 0.90%.We attribute the improved cell performance to the higher number of photons harvested by P3HT molecules.     

TiO2/P3HT复合太阳能电池的制备和性能研究

用简单易行的一步水热法在透明导电玻璃FTO上制备了直径、密度及取向可控的TiO2纳米阵列,FTO同时作为底电极,用旋涂法将有机P型聚合物P3HT复合到阵列表面,磁控溅射制备Pt电极,组装TiO2/P3HT有机无机复合太阳能电池.通过XRD、SEM、紫外-可见光谱仪、I-V/J-V特性曲线等表征TiO2阵列薄膜及器件的结构、形貌和光电特性.研究制备TiO2纳米阵列的水热时间及无水乙醇的量对薄膜质量及复合太阳能电池光电性能的影响.通过优化各项参数,FTO/TiO2/P3HT/Pt简单双层结构的光器件在AM1.5,光强100mW/cm2下开,路电压Voc达到0.50V,光电转换效率IPCE达到0.11%.     

石墨烯在光电器件中的应用

 讨论了近年来石墨烯在太阳能电池、有机发光二极管以及场致发射器件方面的应用研究。石墨烯是碳的同素异形体的一种,是二维的薄膜材料,具有独特的导电特性及机械弯曲性能,可以作为太阳能电池、有机发光器件的柔性电极;石墨烯与有机聚合物材料复合可以形成大的给体受体界面,有利于太阳能电池中激子的扩散速率、载流子迁移率的提高,可以作为有机太阳能电池的电子受体材料;石墨烯具有一维尖锐的刀口状边缘,具有大的电场增强系数,同时由于石墨烯自身的良好导电能力,可以作为场致发射器件中的电子传导与电场发射材料。石墨烯在光电器件中应用的深入研究有望突破目前光电技术的发展瓶颈,是一个极具前景的新研究领域。     

Synthesis and Characterization of Fluorene-based Polymers Containing Electron-withdrawing Thiazolo Thiazole Unit

1 Results Low bandgap polymers can be used for pure red light emitting materials or solar cell materials.To make low bandgap polymers,we designed conjugated polymers with alternating sequences of the appropriate donor/acceptor units in the main chain.3-hexyl thiophene was used as a electron donating unit.For the electron accepting unit,we selected thiazolothiazole and bithiazole units having electron withdrawing property.Polyfluorene(PF) is the preferred conjugated polymer in light-emitting applications...