吡咯并吡咯類聚合物太陽能電池材料的設(shè)計(jì)、合成及其光伏性能研究.pdf

1、隨著人類社會(huì)的逐步發(fā)展和化石資源的逐步枯竭，尋找可替代能源越來越得到重視，其中太陽能作為一種清潔能源引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。而基于缺電子單元吡咯并吡咯二酮（DPP）的共軛聚合物在可溶性有機(jī)電子器件方面已被廣泛研究和應(yīng)用。由于它們具有良好的平面性以及共軛主鏈上強(qiáng)的π-π相互作用，使DPP類材料在有機(jī)場效應(yīng)晶體管中展現(xiàn)出較高的遷移率，甚至超越了非晶硅。DPP單元的吸收范圍非常寬，尤其在近紅外光區(qū)吸收能力很強(qiáng)。因此基于DPP的聚合物太陽能電池

2、可以提供較高的光電流，從而得到優(yōu)良的光電轉(zhuǎn)換效率。與其他高效聚合物半導(dǎo)體材料相比，DPP聚合物合成路線相對(duì)簡單。以上這些優(yōu)點(diǎn)顯示DPP聚合物在大面積工業(yè)應(yīng)用上有著巨大的潛能。本文圍繞新型吡咯并吡咯二酮類共軛聚合物的設(shè)計(jì)、合成及在有機(jī)場效應(yīng)晶體管和有機(jī)太陽能電池中的應(yīng)用展開研究工作。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴設(shè)計(jì)合成了一個(gè)由三種受體：DPP、苯并噻二唑（BT）、萘酰亞胺（NDI）組成的共軛聚合物 PDPP2T-BT-co-NDI，

3、并研究其物理性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)。這個(gè)三嵌段共聚物具有1.2 eV的超窄帶隙，低的LUMO能級(jí)（-4.28 eV）。將該聚合物制備納米線并且應(yīng)用到場效應(yīng)晶體管器件中，在惰性氣氛中進(jìn)行測試得到較高的空穴遷移率1.61 cm2 V-1 s-1和電子遷移率0.98 cm2 V-1 s-1，在空氣中進(jìn)行測試，其空穴遷移率為1.64 cm2 V-1 s-1，電子遷移率為0.14 cm2 V-1 s-1。以上的結(jié)果說明將多個(gè)電子受體組合到一個(gè)共軛聚合物中

4、可以有效地微調(diào)能級(jí)，實(shí)現(xiàn)空氣穩(wěn)定的雙極性O(shè)FETs的性能。⑵設(shè)計(jì)合成了兩種非對(duì)稱DPP聚合物，并將其應(yīng)用到場效應(yīng)晶體管和太陽能電池器件中。新型的聚合物具有較高的分子量(>100 kg mol-1)，較窄的帶隙，并在甲苯中有很好的溶解性。將聚合物應(yīng)用到場效應(yīng)晶體管中，以甲苯為溶劑和以二苯醚為添加劑制備的薄膜具有優(yōu)異的結(jié)晶性能，實(shí)現(xiàn)了高的空穴遷移率12.5 cm2 V-1 s-1。相同溶劑條件下，聚合物在太陽能電池器件中的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到6