新型給體—受體共軛聚合物的設(shè)計、合成及其有機(jī)光伏太陽能電池性能研究.pdf

1、有機(jī)太陽能電池材料主要具有這些優(yōu)點:重量輕，可制作柔性器件，易于通過化學(xué)結(jié)構(gòu)的修飾來調(diào)控相應(yīng)器件的性能。作為一類特殊的有機(jī)材料，聚合物太陽能電池材料除了具備以上這些有機(jī)材料的優(yōu)點之外，還具有一個非常重要的特點:可溶液加工。典型的溶液加工方法主要包括:噴墨打印和旋涂。溶液加工方法的使用能大大降低加工成本，同時易于制作大面積器件。因此，聚合物太陽能電池材料可溶液加工的這一優(yōu)點尤其受到工業(yè)界的關(guān)注。許多聚合物被合成，并且被成功的用作本體異質(zhì)結(jié)

2、(BHJ)聚合物太陽能電池(PSC)活性層中的電子給體材料，取得了高能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)。設(shè)計和合成新的單體，從而合成新的低能帶隙聚合物是這一領(lǐng)域重要的研究方向之一;目的是合成具有良好光物理性能和電化學(xué)性能的全新聚合物，進(jìn)而被用作本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池活性層中的電子給體材料，來達(dá)到研究材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和光伏器件性能間關(guān)系的目的，這將對今后合理設(shè)計此類材料提供非常重要的幫助。本論文的內(nèi)容是設(shè)計和合成全新的用于聚合物太陽能電池活性層的電

3、子給體材料，主要內(nèi)容包括:
　　 1.第二章的工作中，設(shè)計和合成了均苯四甲酰二亞胺單體(BDI)，以及基于這個單體的三個共軛聚合物PTBDI，PTTBDI和PBBDI。三個新聚合物的光學(xué)和電化學(xué)性能得到了表征。這三個聚合物沒能被成功用作半導(dǎo)體器件材料。盡管如此，對基于BDI的聚合物與其基于NDI、PDI相似物的光學(xué)和電化學(xué)性能的比較，使我們加深了對具有類似化學(xué)結(jié)構(gòu)的材料性質(zhì)的理解，將會對以后設(shè)計更理想的共軛聚合物材料提供有益的指

4、導(dǎo)。
　　 2.第三章的工作中，基于合成并環(huán)戊二烯(pentalene)衍生物的最新進(jìn)展，將并環(huán)戊二烯(pentalene)單元引入到共軛聚合物的設(shè)計與合成中，設(shè)計并合成了基于并環(huán)戊二烯的全新單體——二噻吩并[a,e]并環(huán)戊二烯?；谠搯误w，合成了兩個新共軛聚合物，并研究了它們的熱性能、光學(xué)性能和電化學(xué)性能，對并環(huán)戊二烯(pentalene)單元在有機(jī)半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用潛力進(jìn)行了探索，為各類有機(jī)半導(dǎo)體器件提供了一類新的共軛聚合物材

5、料。
　　 3.第四章的工作中，采用新的共軛聚合物構(gòu)建單元——2，5-二呋喃噻唑并[5，4-d]噻唑(DFTT)為受體單元，烷氧基取代的苯并[1，2-b∶4，5-b']二噻吩(BDTO)和2，3-二烷基噻吩取代的苯并[1，2-b∶4，5-b']二噻吩(BDTT)作為給體單元，來合成新的D-A共軛聚合物PBDTODFTT和PBDTTDFTT，對它們的熱學(xué)性能、光學(xué)性能和電化學(xué)性能進(jìn)行了比較和研究?；趦蓚€材料的聚合物太陽能電池器件

6、被制作并研究和比較?；赑BDTODFTT和PBDTTDFTT的器件的能量轉(zhuǎn)化效率分別達(dá)到1.87％和3.06％。
　　 4.第五章工作中，我們設(shè)計和合成了兩個新的苯并二呋喃單體:苯并[1，2-b∶5，4-b']二呋喃(syn-BDF)和苯并[1，2-b∶4，5-b']二呋喃（anti-BDF），兩個苯并二呋喃單體都被設(shè)計為中心苯環(huán)上不含具有推電子效應(yīng)的烷氧基，這樣設(shè)計的目的就是為了盡量降低相應(yīng)聚合物的HOMO能級。在此基礎(chǔ)上將

7、他們與二氧吡咯噻吩共聚，得到兩個新的共軛聚合物syn-PBDFDPT和anti-PBDFDPT，但是anti-PBDFDPT溶解性差，導(dǎo)致對其的后續(xù)研究不能進(jìn)行。因此，我們對syn-PBDFDPT的光學(xué)、電化學(xué)和熱學(xué)性能進(jìn)行了研究。基于syn-PBDFDPT的聚合物太陽能電池器件被制作并被初步研究?；趕yn-PBDFID的兩個器件的能量轉(zhuǎn)化效率只達(dá)到0.021％和0.014％。在此基礎(chǔ)上，為了改進(jìn)材料的性能，合成了以syn-BDF和a

8、nti-BDF為給體單元，以異靛藍(lán)為受體單元的新聚合物syn-PBDFID和anti-PBDFID，異靛藍(lán)單體的使用有效延長了材料的吸收波長，同時增加了材料的溶解性。我們對兩個新共軛聚合物的光學(xué)、電化學(xué)和光伏性能進(jìn)行了研究。syn-PBDFID比anti-PBDFID具有更低的HOMO能級;在相應(yīng)的光伏器件中，syn-PBDFID比anti-PBDFID得到了更高的開路電壓(Voc)?；趕yn-PBDFID和anti-PBDFID的器