论文部分内容阅读
随着当今社会对电子设备的依赖度不断提高,开发稳定性好、高性能和能够可持续获得的电子材料势在必行。为了电子材料的可持续性获取和较低的加工要求,在过去20多年,人们的关注重点已经从无机材料（例如硅）转向有机材料。其中含TEMPO自由基的有机聚合物作为一种新的有机类电子功能材料。因为其拥有快速可逆的电子转移动力学能力和稳定可逆的氧化还原特性,所以其不仅仅局限于被用作生物医学用途的自旋标定试剂,还在作为锂金属离子二次充电电池的电极活性材料,来增加电池的电容量和电子传导速率以及应用在聚合物本体异质结太阳能电池的活性层中,来提升光伏器件的各种性能等领域。在第二章中,合成了一种新的含有TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氮氧自由基）的单体BTMP,并且创新性的通过Stille交叉偶联反应将按照文献合成的的2,5-双（三甲基锡基）噻吩与BTMP聚合成了共轭共聚物PMDA。通过对单体BTMP和聚合物PMDA的EPR谱图以及二者在THF溶液中的光学性能吸收谱图进行了细致的比较分析来确定PMDA合成的成功性。经过严谨的设计调整,成功的将PMDA中的共轭骨架和TEMPO有机自由基基团的氧化还原电位调节得极为相近,两者的起始点氧化电位差值仅为0.033 V。然后将PMDA按照不同质量占比分别制备了三个PMDA-BP电极并将其组装成Li/PMAD-BP扣式锂半电池,发现当PMDA质量占比为22.5%时PMDA-BP电极的氧化还原反应可逆性最好,电荷传递阻抗最小,同时第一次充放电循环时放电比容量为88 m Ah/g;当进行到第150个充放电循环时,放电比容量为72 mAh/g,下降量值是18.18%。它的循环稳定性和放电比容量均为极佳值。依次经由七种不同大小的电流密度进行测试后放电比容量为初始值的92%,在三种电极中倍率性能最佳。我们推测当PMDA质量占比过高时,PMDA-BP电极里面产生极化氧化还原反应的可能性会急剧升高。在第三章中,把按照文献合成的双锡单体BDT-T与上一章合成的单体BTMP,遵循相同的聚合方法合成了共轭聚合物GDTA,同时用2,5-二溴对苯二甲酸二乙酯与BDT-T合成了结构极为相似的共轭聚合物GDZZ作为对比物。通过实验结果表明将质量占比为2%的GDTA作为添加剂加入到聚合物光伏器件的活性层（P3HT:PC71BM的比例为1:1）中后,光伏器件的几项性能显著提升,PCE达到了3.51%,VOC为0.60 V,JSC为8.85 m A/cm2,FF为66.14%;与活性层不添加GDTA,即P3HT:PC71BM的比例为1:1的器件性能相比较,PCE提升了8%,VOC基本不变,JSC提升了9.94%,FF提升了1.96%,而加入同样量的对比聚合物GDZZ时光伏器件的各种性能都有所下降。在第四章中,按照文献报道中的方法合成了含TEMPO的单体GTEMPO以及其通过开环聚合的产物PTEO,因为报道中PTEO具有大约20s/m的高电导率,再加上在第三章中将GDTA应用在光伏器件中有显著的性能提升,因此我们创新性的第一次将PTEO按照同样的策略添加到聚合物光伏器件的活性层中。实验结果表明将0.5%的PTEO作为添加剂加入到活性层中时光伏器件的性能最好,PCE达到了3.58%,VOC为0.627 V,JSC为8.74 mA/cm2,FF为65.36%;与活性层不添加PTEO,即P3HT:PC71BM的比例为1:1的器件性能相比较,PCE的提升值高达10.15%,VOC提升了0.642%,JSC提升了8.57%,FF提升了0.755%。