側(cè)鏈結(jié)構(gòu)可調(diào)的二維共軛聚合物的合成及光伏性能研究.pdf

1、近年來,聚合物太陽能電池的研究成為能源及材料領(lǐng)域的研究熱點,得到了長足的發(fā)展,但是其實際應(yīng)用還受到諸如材料性能、器件制作工藝等的制約。高效率給體材料的研發(fā)是聚合物太陽能電池走向?qū)嶋H應(yīng)用中的重要一環(huán),受到材料學(xué)家的特別重視,設(shè)計和合成具有低HOMO能級的共軛聚合物材料是得到高效率太陽能電池的一種行之有效的方法。
　　為此設(shè)計合成了一系列新的含有帶共軛支鏈的噻吩單元和苯并二噻吩(BDT)單元的二維共聚物,并對噻吩單元的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)進行調(diào)節(jié)

2、,期望獲得高性能的聚合物,并研究了聚合物分子結(jié)構(gòu)與其光電性能的關(guān)系。本論文的主要內(nèi)容如下:
　　1.采用?；?、Suzuki偶聯(lián)、溴化及縮合等單元反應(yīng),從多種原料出發(fā)合成了四個3位共軛支鏈取代的2,5-二溴噻吩化合物(M1,M2,M3,M4);以3-噻吩甲酸為原料,通過酰胺化、關(guān)環(huán)、烷基化及與三甲基氯化錫的反應(yīng)合成了單體2,6-雙(三甲基錫基)-4,8-異辛氧基苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(M5)。合成產(chǎn)物及其中間體的結(jié)

3、構(gòu)采用1H NMR進行了確證,并對合成過程進行了討論。
　　2.通過2,5-二溴噻吩化合物(M1,M2,M3,M4)與苯并二噻吩有機錫化合物(M5)的Stille偶聯(lián)反應(yīng),合成了含有帶共軛支鏈的噻吩單元和苯并二噻吩(BDT)單元的二維共聚物(P1-P4),聚合物的結(jié)構(gòu)得到1H NMR確認(rèn),并對聚合過程進行了討論。
　　3.通過溶解性、分子量及分子量分布(GPC)、熱穩(wěn)定性(TGA)等測試,研究了四種聚合物的溶解性、聚合度及熱

4、穩(wěn)定性。結(jié)果表明:四種聚合物均具有良好的溶解性、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性及合適的聚合度,有利于制備高穩(wěn)定性的光伏器件。聚合物的吸收光譜(UV-vis)及循環(huán)伏安(CV)測試結(jié)果表明:四種聚合物均具有較寬的吸收光譜,從而它們可以吸收更多的太陽光子,有利于增大太陽能電池的短路電流(Jsc);四種聚合物均具有較低的HOMO能級(-5.32eV~-5.38eV),這有利于增大太陽能電池的開路電壓(Voc)。測試結(jié)果表明,在聚合物側(cè)鏈引入吸電子基團,可以使

5、吸收邊波長紅移,同時降低聚合物的HOMO能級。由于聚合物 P2的分子結(jié)構(gòu)共平面性最好,所以 P2顯示出較好的光電性能。
　　4.制作了器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/Polymer:PC61BM/Ca/Al的聚合物光伏器件,采用校準(zhǔn)太陽模擬器(Newport150W Solar Simulator)作為光源,在光強為86mW/cm2的條件下測試了四種聚合物太陽能電池的光伏性能。測試結(jié)果表明,四種聚合物光伏器件均具有較好的光伏