【正文】 ..........................................................................12 低能帶聚合物 ...........................................................................................................................12 咔唑類共軛聚合物 ....................................................................................................................12 3 聚合物太陽(yáng)能電子受體材料 .............................................................................13 4 實(shí)驗(yàn)部分 ...........................................................................................................14 主要儀器和試劑 ........................................................................................................................14 實(shí)驗(yàn)主要儀器 .................................................................................................................14 實(shí)驗(yàn)試劑 ........................................................................................................................15 實(shí)驗(yàn)步驟 ..................................................................................................................................15 3,6二溴 9（ 2乙基己基）咔唑的制備 ............................................................................15 2,7二溴 9（ 2乙基己基）咔唑的制備 ............................................................................17 5 產(chǎn)物表征及分析 ...............................................................................................19 紅外光譜 ..................................................................................................................................19 4,439。本文介紹了聚合物太陽(yáng)能電池的原理和幾種常見(jiàn)的給受體材料。 Polymer materials based on carbazole 南京信息工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 0 引言 自第 二次工業(yè)革命以后，化石能源一直在世界能源中扮演著不可替代的角色 ， 小到人們的出行大到一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展都與它息息相關(guān)。不僅如此，它也是造成酸雨和霧霾的罪魁禍?zhǔn)?[1]。太陽(yáng)能電池作為太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用方式中最為有效的，是利用光生伏打效應(yīng)將其轉(zhuǎn)變成電能的裝置 [2]。性能優(yōu)秀的 PCBM 類電子受體材料自從 1995 年被 Wudl[5]發(fā)明之后，電子給體材料在新材料的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域 開(kāi)始變得 活躍 起來(lái) 。相關(guān)領(lǐng)域的研究十分活躍并取得了許多重要的研究結(jié)果。以下五個(gè)步驟簡(jiǎn)要概括了太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換的過(guò)程：吸收入射光產(chǎn)生激子 激子擴(kuò)散 電荷分離 電荷傳輸 電荷收集。但是， 活性層僅僅具有 與 激子擴(kuò)散長(zhǎng)度相近 的 厚度 也 是不能夠有效吸收太陽(yáng)光的， 這使得 器件性能的提高被大大限制住了。當(dāng) 敏活性層 被 透過(guò) ITO的 電極照射到 ，使 光上的光子具有適當(dāng)能量時(shí)， 光敏活性層上的給體或受體材料 會(huì)將 其吸收 并 產(chǎn)生激子，激子擴(kuò)散到給體 /受體界面 ， 并在那 里 發(fā)生電荷分離 ， 空穴 在給體上產(chǎn)生、 電子 在受體上產(chǎn)生，隨后陽(yáng)極收集沿給體傳遞到陽(yáng)極的空穴， 沿受 體傳遞到陰極的電子 被 陰極收集， 使 光電流和光電壓產(chǎn)生 。 2 聚合物太陽(yáng)能電子給體材料 目前用于太陽(yáng)能電池給體材料研究的聚合物主要包括 聚 對(duì) 苯撐乙烯（ PPV）衍生物、聚噻吩（ PT）衍生物、基于芴的聚合物、低能帶 聚合物、聚咔唑類共軛聚合物以及其他高分子材料 ， 下面挑幾種常見(jiàn)的材料進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明并對(duì)咔唑類共軛聚合物進(jìn)行詳細(xì)介紹 。因此早期的 PPV 衍生物如 MEHPPV 和MDMOPPV 被廣泛應(yīng)用在聚合物太陽(yáng)能電池領(lǐng)域 [8]。 1984 年， Glenis[10]等人首次在 Al 和 Au 的電極間夾入了電化學(xué)聚合的聚噻吩，用來(lái)測(cè)試其光伏性能；1994 年，聚噻吩和 C60之間 可以發(fā)生有效的光誘導(dǎo)電荷分離的現(xiàn)象被 Heeger[11]等人發(fā)現(xiàn)，之后被用于雙層電池器件，而首例聚噻吩和 C60的本體異質(zhì)結(jié)電池器件則是由 Roman 等人制備 而 成的。人們發(fā)現(xiàn)，如果聚芴的 主鏈含有芳胺共聚單元，較強(qiáng)的空穴傳導(dǎo)能力 就能表現(xiàn)出 來(lái) [13]。 20xx 年，應(yīng)用低能帶隙聚合物（ PTPTB）來(lái)擴(kuò)大光譜響應(yīng)被Van Duren J. K. J.[16]等人首次提出，隨后，在分別加入染料和 MDMOPPV 對(duì)活性層進(jìn)行改性后，幾種低能帶隙聚合物 [17,18]被 Sariciftici N S 課題組合成出來(lái)。通常我們對(duì)其進(jìn)行摻雜 使用的是 I TNF、 SbCl3 以及 TCNQ（硝基二苯乙烯基苯衍生物合四氰醌）等，如果將納米管同聚乙烯基咔唑（ PVK）一起制備成碳納米復(fù)合材料，那么鋰電池的放電容量將會(huì)有效提高。以下兩個(gè)方面將仍然是我們以后的研究重點(diǎn)：（ 1）光子的吸收效率需要增強(qiáng)，從而使電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高；（ 2）對(duì)器件活性層的形態(tài)進(jìn)行深入的研究，研發(fā)出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)互穿且載荷傳輸通道雙連續(xù)的完美的太陽(yáng)能電池。 C60由于性能比較優(yōu)異是如今市場(chǎng)上應(yīng)用最為廣泛的聚合物太陽(yáng)能電池受體材料。 將聚合 物制成電子受體材料同樣可以通過(guò)對(duì)聚合物主鏈進(jìn)行不同取代基的修飾方法。例如 Halls[25]曾詳細(xì)地研究過(guò) MEHPPV（ D）與 CNPPV（ A）構(gòu)成的本體異質(zhì)結(jié)器件的 光物理性質(zhì)及 效率；Zhang[26]等人 將 EHHPPyPzV與 MEHPPV這兩個(gè)聚合物芳環(huán)受體共混制成 本體異質(zhì)結(jié)電池， 其 僅有 %的 光電轉(zhuǎn)換效率 。 4 實(shí)驗(yàn)部分 主要儀器 和試劑 實(shí)驗(yàn)主要儀器 杜瓦瓶。 DHG90114 型電熱恒溫干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司，太倉(cāng)精宏儀器設(shè)備有限公司。 實(shí)驗(yàn)試劑 本實(shí)驗(yàn)所需的試劑規(guī)格及其生產(chǎn)廠家詳見(jiàn)表 1。 3,6二溴 9（ 2乙基己基）咔唑的制備 咔唑的 重結(jié)晶 實(shí)驗(yàn)步驟： （ 1）選擇溶劑：取 g 咔唑于試管中，先加入 1 mL 溶劑看是否溶解，如果不溶解，則加熱至沸騰，再看是否溶解，如果仍不溶解，再加入 1 mL 溶劑依照上述方法進(jìn)行操作。溫度設(shè)置到 80 ℃ ，邊攪拌邊加熱至回流。稱取 g 咔唑約合 mmol，則需要 氫氧化鉀 mmol 約 g、 2乙基己基溴 mmol 約 g。 （ 4） TLC 檢測(cè)顯示，反應(yīng)物點(diǎn)基本消失，反應(yīng)完全 ，將產(chǎn)物倒入至 300 mL 水中，用乙酸乙酯萃取轉(zhuǎn)移至錐形瓶中，加入無(wú)水硫酸鈉 干燥 。 NBS 法制備 3,6二溴 9（ 2乙基己基）咔唑 反應(yīng)方程： 南京信息工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 實(shí)驗(yàn)步驟： （ 1）計(jì)算：咔唑烷基化產(chǎn)物和 NBS 的摩爾當(dāng)量比為 1: 。反應(yīng)過(guò)程中每隔 30 min 進(jìn)行一次 TLC 檢測(cè)，檢測(cè)反應(yīng)程度并計(jì)算 Rf值。 （ 5）進(jìn)行柱層析分離， 展開(kāi)劑為石油醚，用錐形瓶收集分離出來(lái)的產(chǎn)物，用旋蒸 干溶劑 ， 得到 3,6二溴 9（ 2乙基己基）咔唑純產(chǎn)物。二溴聯(lián)苯、量取 20 mL 冰醋酸，加入至四口燒瓶中。二溴聯(lián)苯研磨碎，減少溶解時(shí)間）。 原料： Rf = ； 粗 產(chǎn)物： Rf1 = ， Rf2 = （ 原料 ） 。二溴聯(lián)苯 硝化純產(chǎn)物 。亞磷酸三乙酯具有臭味，需要在通風(fēng)條件下反應(yīng)。 （ 3）進(jìn)行柱層析分離，先用展開(kāi)劑為石油醚 :二氯甲烷 =3:1 將前面產(chǎn)物分離出，再用展開(kāi)劑為石油醚 :二氯甲烷 = 1: 1 將后面 產(chǎn)物 分離，用錐形瓶收集出來(lái)的產(chǎn)物， 旋 蒸干溶劑，得到 2,7二溴咔唑純產(chǎn)物。 (2)量取 40 mL DMSO， 與稱 好的 g 咔唑、 g 氫氧化鉀加和 g 無(wú)水硫酸鈉入至 50 mL 三口燒瓶中加熱攪拌回流 30 min，溫度設(shè)為 80 ℃ 。 (5)抽濾，取濾液 ，旋蒸干溶劑，得到白色固體 。二溴聯(lián)苯硝化產(chǎn)物 的紅外光譜分析 南京信息工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 圖 6 4,439。 1600 cm 1558 cm1和 1475 cm1 這三個(gè)是苯環(huán)的骨架振動(dòng)峰， 805 cm1 和 857 cm1 表明苯環(huán)上有 1,3,4 三取代， 550 cm1 是 Br的吸收峰，這說(shuō)明苯環(huán)相連，兩個(gè)苯環(huán)的相連處的對(duì)位都連著 Br，苯環(huán)相連處的鄰位都連著 NH。 1585 cm 1484 cm1和 1585 cm1 這三個(gè)是苯環(huán)的骨架振動(dòng)峰， 822 cm1 和 845 cm1 處的吸收峰表明苯環(huán)上是 1,3,4 取代， 593 cm1是 Br 的吸收峰，這說(shuō)明苯環(huán)相連，兩個(gè)苯環(huán)的相連處的對(duì)位都連著 Br，苯環(huán)相連處鄰位曾經(jīng)連著 NH 中的 H 被 2乙基己基取代，即產(chǎn)物 C 為 2,7二溴 9(2乙基己基 )咔唑。烷基鏈 上的 H 一般處于高場(chǎng)， 將 δ = ppm 出峰積分為 1H，此峰為 b 處的質(zhì)子出峰， 則 δ = ppm 處 出峰積分為 2H，此峰 為 a 處的質(zhì)子出峰，c、 d、 e、 g 處化學(xué)位移相似， δ = ppm 處 出峰積分 8H，此峰 為 c、 d、 e、 g 處的質(zhì)子出峰 ， h、 f 處化學(xué)位移相似， δ = ppm 處 出峰積分為 6H，此峰為 h、 f 處的質(zhì)子出峰，是 三重峰。烷基鏈上的 H 一般處于高場(chǎng)，將 δ =