聚合物太阳能电池材料MEH-PPV的合成、表征及其改性

论文摘要

聚合物太阳能电池与无机太阳能电池比具有原料价格低廉、生产工艺简单、可以通过涂布、印刷等方式大面积制备等优点而受到广泛关注。而聚[2-甲氧基-5（2’-乙基己氧基）对苯乙炔]（MEH-PPV）是目前研究和使用广泛的一种可溶性的PPV衍生物,其溶解特性好,在聚合物电致发光和光伏电池等领域备受关注。本论文主要研究探索MEH-PPV的合成路线。采用了脱卤化氢路线以对甲氧基苯酚为原料进行合成反应,利用超声振荡方法成功地合成了高分子量可溶性的MEH-PPV。并对每一步反应条件进行探讨。MEH-PPV作为聚合物太阳能电池的优良材料,为了能够使其达到更好的电池效率,本文对MEH-PPV做了一系列的改性以及机理的研究。第三章探讨通过旋涂法得到聚合物MEH-PPV薄膜的各种影响条件并采用AFM原子力显微镜观测表面形貌,在太阳能电池制作工艺中,聚合物薄膜表面的形貌和厚度决定了器件中聚合物层之间的接触特性及聚合物层与金属电极的接触特性,这种特性对电池的伏安特性有比较明显的影响。第四章研究了对MEH-PPV进行氧化掺杂,用不同方式进行碘掺杂,探讨了碘掺杂的机理,不同浓度掺杂对薄膜电导率、光谱响应的影响以及碘的脱掺杂的研究。第五章研究了MEH-PPV聚合物链的电场极化取向。在不同的外加电场下对聚合物进行极化取向并用AFM原子力显微镜观测表面形貌。第六章研究了C60掺杂MEH-PPV薄膜的光学影响以及掺杂浓度对薄膜表面形貌的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚合物太阳能电池国内外研究进展
• 1.3 聚合物太阳能电池基本工作原理
• 1.3.1 太阳能电池工作原理
• 1.3.2 聚合物光伏效应机理
• 1.3.3 聚合物太阳能电池的性能评价参数
• 1.4 聚合物太阳能电池材料
• 1.4.1 聚苯撑乙烯撑类（PPVs）
• 1.4.2 聚噻吩类（PThs）
• 1.4.3 聚芴类（PF）
• 1.4.4 聚乙烯基咔唑（PVK）
• 1.4.5 聚吡咯（PPy）
• 1.5 聚合物太阳能电池器件结构及制作工艺
• 1.5.1 典型的四种太阳能电池结构
• 1.5.2 异质结太阳能电池
• 1.5.3 分散（体相）异质结太阳能电池
• 1.6 PPV类聚合物的制备及其反应机理
• 1.7 本课题的背景和意义
• 1.8 课题研究的内容
• 第二章 MEH-PPV的合成及其表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品
• 2.2.2 主要实验仪器
• 2.2.3 MEH-PPV的合成路线
• 2.2.4 单体和聚合物的合成
• 2.3 产物表征
• 2.3.1 原料及聚合中各步产物的红外表征
• 2.3.2 1,4二溴甲基-2甲氧基-5-（2’-乙基己氧基）苯的核磁共振表征
• 2.3.3 MEH-PPV的拉曼光谱
• 2.3.4 紫外-可见光（UV-Vis）吸收光谱/荧光发射光谱分析
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 1-甲氧基-4-（2-乙基己氧基）苯合成的实验条件探索
• 2.4.2 1,4-二溴甲基-2-甲氧基-5-（2’-乙基己氧基）苯合成的实验条件探索
• 2.4.3 MEH-PPV合成的实验条件探索
• 第三章 MEH-PPV薄膜厚度及其表面形貌
• 3.1 引言
• 3.2 实验仪器
• 3.3 实验步骤
• 3.4 不同旋涂速度对薄膜厚度的影响
• 3.5 不同旋涂转速对薄膜表面形貌的影响
• 3.6 不同溶剂对旋涂聚合物表面形貌的影响
• 3.7 不同条件下MEH-PPV薄膜的紫外吸收光谱
• 3.7.1 不同旋涂转速下MEH-PPV薄膜的紫外吸收光谱
• 3.7.2 不同溶剂下旋涂MEH-PPV薄膜的紫外吸收光谱
• 3.8 旋涂成膜存在的问题
• 3.9 本章小结
• 第四章 碘掺杂MEH-PPV电学和光谱性质的究
• 4.1 引言
• 4.2 MEH-PPV的碘掺杂过程以及电导率的测定
• 4.2.1 碘掺杂时间与电阻率的关系
• 4.2.2 碘掺杂MEH-PPV薄膜的脱掺杂与时间关系
• 4.3 碘掺杂后MEH-PPV的光谱特性
• 4.3.1 碘蒸气掺杂薄膜的紫外吸收光谱
• 4.3.2 碘溶液掺杂MEH-PPV的紫外吸收光谱
• 4.4 碘溶液掺杂MEH-PPV溶液的金相显微镜图
• 4.5 本章小结
• 第五章 MEH-PPV的电场极化取向
• 5.1 引言
• 5.2 MEH-PPV聚合物链的电场极化取向
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 原子力显微镜图
• 5.3.2 极化取向后聚合物的电学性质
• 5.4 本章小结
• 60掺杂MEH-PPV薄膜的性质'>第六章 C₆₀掺杂MEH-PPV薄膜的性质
• 6.1 引言
• 6.2 实验步骤
• 60的紫外吸收光谱'>6.3 MEH-PPV掺入C₆₀的紫外吸收光谱
• 60掺杂MEH-PPV的荧光光谱'>6.4 不同浓度的C₆₀掺杂MEH-PPV的荧光光谱
• 60掺杂后MEH-PPV薄膜的表面形貌'>6.5 不同浓度C₆₀掺杂后MEH-PPV薄膜的表面形貌
• 6.6 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件