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1、毕业设计（论文）开题报告论 文 题 目 光交联液晶聚噻吩的结构与性能研究专 业 名 称 高分子材料与工程班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 2015 年 3 月 10 日 光交联液晶聚噻吩的结构与性能研究1、选题的依据及意义目前，能源问题是我们人类所面临的最主演的问题。在人类文明的早期，人们就开始燃烧各种材料，以及在过去的两百年里人们燃烧的碳化石燃料，这些燃烧的燃料所产生的二氧化碳是当今社会面临的一个主要问题。由于环境污染、温室效应等问题，我们要寻求无污染、可再生的能源来满足新时代发展的需求。太阳可以看作是一个巨大的核聚变反应堆，代表着强大的能量来源，每分钟到达地球
2、表面的能量可供我们人类使用一年，如何充分利用太阳能是对当今科学的一个巨大挑战。太阳能光伏电池是当今社会一个比较热门的科学话题。1954 年，美国的贝尔研究所成功的研制出硅太阳能电池，其能量转化效率达到了 6%。很多不同的半导体材料（无机、有机材料、小分子、聚合物、杂化材料、量子点等）应用于太阳能的光电转换中。目前商业化的太阳能电池主要是无极晶体硅太阳能电池，但由于其原料成本比较高，生产工艺比较复杂，限制了它的大规模生产及应用。具有光电活性的有机半导体材料，由于其选择范围比较广泛，可以用湿法成膜的方法制备大面积的器件，并且制备的器件比较轻，价格便宜，柔韧性比较好，日益受到人们的重视。与无机太阳能
3、电池相比，聚合物太阳能电池的光电转换效率还相对较低，而且器件的稳定性也不好，尚未大规模市场化。但是，可以通过设计成新型半导体聚合物或有机分子，来更好的调控器件的性能。基于以上优点，聚合物太阳能电池的研制和开发成为近年来最具活力的研究领域。应用于有机太阳能电池的光敏活性层中的共轭聚合物，其分子结构一般含有双键或多环芳烃，这些 共轭体系具有较高的载流子迁移率，有利于空穴的传输。在选择合适的聚合物时要考虑到以下一些因素：要有一个比较宽的光谱吸收范围以及较高的光谱吸收率，要有利于传输的 HOMO 和 LUMO 能级，有自组装特性可以获得理想的微观形貌使电荷更好的传输，以及制备的器件具有很好的稳定性可以
4、长期使用。因此，获得具有较宽吸收范围以及较高载流子迁移率的给体材料是人们一直以来的追求目标。在所有的共轭聚合物光伏材料的领域中，聚噻吩类衍生物是最为重要的一类共轭聚合物给体材料，也是聚合物太阳能电池中研究比较广泛的光伏材料。聚噻吩是目前研究最为广泛的一种高效率的聚合物光伏材料，P3HT 不仅具有良好的溶解性，而且规整的 P3HT 还具有良好的结晶性能以及自组装性能。以自组装之后的 P3HT 为基础的光伏器件的性能和效率都可以得到明显的改善和提高。此外，热处理可以改善一些聚合物薄膜的形貌，并且增加其结晶度，基于退火后自组装的 P3HT 的聚合物太阳能电池在模拟太阳光下的能量转换效率以达到 4-6
5、.5%。聚噻吩类材料显著的特点就是可以通过头-尾相连形成有序的薄膜，从而具有较高的载流子迁移率。2、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：聚合物光伏器件由于其制备成本比较低，可在柔性衬底上制备，便于大规模生产，且聚合物的光电特性高度可控，而受到了广泛关注。具有纳米尺寸的网络互穿结构的体相异质结构是由 P 型聚合物作为电子给体，富勒烯衍生物作为电子受体混合而成的，这种结构被认为是一种理想的利于机子分离的器件结构。尽管已经测试了很多聚合物与富勒烯的共混组分，基于聚己基噻吩与富勒烯衍生物的体相异质结太阳能电池具有很好的光电转换效率。然而，光电转换效率仍然受到体相异质结中固有的空间电和效应以及形貌的
6、限制。因此获得一个能够利于激子的产生、分离及传输的有序的双连续的微观形貌是制备有机光伏器件最重要的挑战。很多独立的方法，如热退火、高温下后退火、添加剂、溶剂退火等方法都可以使不同组分形成微观的相分离形貌，从而提高共混物的光电转换效率。但是固体分子的微观形貌不能很好控制，特别是溶剂处理之后，微观形貌取决于混合组分的自组装取向以及分子的结构和处理方法。此外，大多数体相异质结聚合物太阳能电池的热稳定性都不好，长时间加热后，尤其在器件的制备过程中，它的微观相分离的形貌会发生改变，出现大面积的团聚。太阳辐射产生的热量会影响器件的性能，如聚合物共混物相对较低的玻璃化转变温度以及光伏器件活性层中给体和受体材
7、料的相容性。已经报道了很多有效的方法来增加共轭聚合物|富勒烯体相异质结光伏器件的热稳定性。一种方法就是通过在一种材料上引入热交联基团来阻止相分离。然而，为了交联而进行的热处理会影响热退火的正常进行。液晶聚合物作为一种工程材料具有很好的加工性能、强度以及弹性。众所周知，把液晶侧链引入聚合物主链可以形成具有液晶性的侧链液晶聚合物，液晶共轭聚合物在特定的条件下有很好的导电性以及自组装特性。引入液晶侧链可以优化聚合物的加工性能，控制活性层的微观形貌。在以前的研究中，已经合成了含氰基联苯侧链得液晶衍生物，液晶分子的自组装可以驱动 PCBM 形成微观相分离结构。 3、研究内容及实验方案：3.1 研究内容（
8、1）合成 3-（6- 溴己基）噻吩，2,5-二溴-3- （6-溴己基）噻吩（2）合成聚合物 PTcbpTT（3）对聚合物进行结构表征 （4）对聚合物太阳能电池的性能进行研究3.2 实验方案（1）实验步骤（2）性能表征四、目标、主要特色及工作进度4.1 研究目标（1）合成可光交联的液晶聚噻吩衍生物（2）研究液晶态下聚合物光交联反应得到稳定有序的微观相分离形貌（3）找出提高体相异质结太阳能电池稳定性的方法4.2 主要特色节能环保，高效率利用能源，可以延长器件使用寿命。4.3 工作进度1.查找相关的外文资料并选择翻译 2014.12.27 至 2015.1.152.查阅资料并撰写开题报告 2014.
9、12.27 至 2015.3.133.实验和数据整理分析 2015.3.14 至 2015.6.54.论文（设计）定稿 2015.6.6 至 2015.6.115.主审教师评定论文（设计） 2015.6.12 至 2015.6.146.学生论文（设计）答辩 2015.6.175、参考文献1 Jianbin Tang, Weilin Sun, Huadong Tang, et al. Enhanced CO2Absorption of Poly(ionic liquids. Macromolecules, 2005, 38: 20372039.2 Seddon KR Ionic liquids
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12、lkylimidazolium chloroaluminate melts:a new class of room temperature ionic liquids for electrochemistry, spectroscopy and synthesis,Inorg.Chem, 21(1982)1263-12648 Hussey CL,Room temperatire haloaluminate ionic liquids-novel solvents for transition metal solution chemistry,Pure Appl.Chem, 60(1988)17
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