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。     

一种咔唑-苯并噻二唑共聚物的合成与光伏性能研究

以N-十二烷基-2,7-咔唑为给体单元、5,6-二辛氧基二噻吩苯并噻二唑为受体单元，通过Suzuki偶联反应合成了一种具有给-受体结构的共轭聚合物聚N-十二烷基-2,7-咔唑-5,6-二辛氧基-4,7-二噻吩-2-基-苯并噻二唑（PC-DODTBT），并研究了该聚合物的光物理与电化学性能。结果表明，以PC-DODTBT为电子给体，PCBM为电子受体，制得的共混体相异质结太阳能电池在AM1.5、100 mW/cm²模拟太阳光下，开路电压为0.88 V，短路电流为2.04 mA/cm²，填充因子为0.51，能量转换效率为0.92%。     

一种新型双8-羟基喹啉-锌高分子配合物的合成及光致发光性能

采用Wittig-Horner反应合成了一种新型双8-羟基喹啉配体,并将此配体与金属锌进行配位反应,制备与其对应的高分子配合物。采用红外、核磁和紫外可见光谱等表征了配体及其配合物的结构和光物理性能,利用荧光光谱研究了高分子配合物的光致发光性能,确定了其最大发射峰位于(550 nm)。该配合物是一种理想的橙红色发光聚合物材料。     

聚苯醚型超支化环氧/E-51的非模型固化动力学

分别采用Friedman(FR)法、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法、Kissinger-Akahira-Sunose (KAS)法,以及Vyazovkin(VA)高级非模型法,对聚苯醚型超支化环氧(EHPPO9)/双酚A缩水甘油醚型环氧(E-51)体系的固化反应活化能和指前因子进行了计算,并对计算结果进行了比较分析和研究。结果表明,FWO法和KAS法的计算结果与VA法的计算结果比较接近,能够较为准确地反应固化行为,而FR法的结果偏差较大;在E-51环氧中添加聚苯醚型超支化环氧后,固化体系放热峰的峰值温度和反应活化能都有所下降,表明添加聚苯醚型超支化环氧后可使固化反应更容易进行。     

超支化聚苯醚对双酚A型环氧树脂的低介电改性

自制了一种反应型端环氧基超支化聚苯醚(EHPPO),将其添加到双酚A型环氧树脂中进行改性并用酸酐固化剂固化,表征了固化样品的热性能、力学性能和介电性能。此外还使用分子主链结构相同、端基为非反应型苄基的超支化聚苯醚(CHPPO)进行了对比改性研究。结果表明,两种不同的改性剂对双酚A型环氧树脂的改性效果各有优势,其中,使用EHPPO改性得到的环氧树脂具有更加优异的热性能和拉伸强度,而由CHPPO改性的环氧树脂介电常数相对更低。     

一种具有离子传导功能的发光共聚物的合成

为了解决电化学发光电池 L ECs离子传导聚合物与发光聚合物两相分离的问题 ,采用 Wittig反应 ,合成了一种分子主链上带有刚性共轭发光链段——二 (二甲氧基取代苯乙烯 )萘与柔性离子传导链段——三聚氧化乙烯的新型发光共聚物 (EO- NV) ,用多种手段表征了分子的结构 ,并研究了 EO- NV的光致发光性能。实验表明 ,EO- NV可以溶于氯仿、四氢呋喃、苯、吡啶等许多普通有机溶剂 ,具有良好成膜加工性能。其氯仿溶液和固体膜的最大光致发光波长分别处于 4 70 nm,5 0 5 nm。由于将共轭长度的控制、材料的加工性和离子传导功能结合于一体 ,因此 EO- NV是一种适于装配电化学发光电池 (L ECs)的功能性蓝绿色发光共聚物。     

一种聚对亚苯基亚乙烯基类交替型发光共聚物的合成与性能

采用Wittig反应合成了一种分子主链由烷氧基取代的1,4二苯乙烯基苯(聚对亚苯基亚乙烯基(PPV)的三个单元的齐聚物)与柔性隔离链段五缩六乙二醇组成的交替型蓝绿色发光共聚物(DMDSB-SEO)。相对于苯环的2,5-位上没有甲氧基的聚合物DSB-SEO来说,DMDSB-SEO结构中甲氧基的引入,显著提高了聚合物的光量子效率,调整了其电子结构和光物理性能,同时大大改善了聚合物的溶解性和成膜加工性。该聚合物可溶于氯仿、四氢呋喃等有机溶剂,具有优良的溶解性和成膜加工性能。文中应用原子力显微镜(AFM)和相差显微镜等手段,研究了聚合物的相态结构以及聚合物对锂盐的溶解能力,并对此类材料的合理结构设计进行了讨论。     

新型超支化发光聚合物合成与表征

以具有高荧光量子效率的二（4-羟基苯乙烯基）苯（PV）为A₂发光单体，以四官能度的对甲基苯磺酸季戊四醇酯为B₄支化单体，采用A₂＋B₄的路线，合成了一类新型的具有三维结构的部分共轭型超支化电致发光聚合物；为了改善聚合物中载流子的平衡注入能力，又分别在分子的骨架和外围引入具有良好电子传输功能的噁二唑(OXD)基团；利用核磁共振、DSC、紫外 可见分光光度计、荧光光谱仪等分析测试手段对单体及聚合物进行了结构与性能表征。结果表明：具有超支化结构的聚合物热稳定性明显改善；噁二唑基团的引入有利于提高聚合物的玻璃化温度；将噁二唑基团引入到分子中后，其紫外吸收光谱和荧光光谱均出现蓝移现象，降低了电子注入势垒。     

有机硅耐高温涂料的研究

以两种通用牌号的有机硅树脂为基料，制备出一种能耐700℃的高温涂料，并对低熔点玻璃粉、滑石粉、铝粉和硅烷偶联剂在有机硅耐高温涂料中的作用机理以及对涂料性能的影响进行了讨论。试验发现，有机硅树脂、低熔点玻璃粉、铝粉、滑石粉、硅烷偶联剂质量分别为30～50g、20～30g、1.5～6.0g、10g和1.5g时涂层性能最佳。     

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%。