苝二酰亞胺衍生物及共軛聚合物光伏材料的合成研究.pdf

1、目前關(guān)于太陽能和聚合物電池(PSC)的研究剛剛起步，國外報(bào)道十分活躍，但是大部分有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率(PCE)小于5％，直接制約著它的商品化。因此，找出設(shè)計(jì)新材料的規(guī)律或原則以提高器件性能是研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。本論文合成了幾種海島位三取代苝二酰亞胺(PBI)衍生物作為活性層添加劑，通過催化偶聯(lián)的方法合成了新型中等帶隙共軛聚合物，應(yīng)用于光伏器件,以達(dá)到提高PCE的目的。主要研究內(nèi)容如下:
　　1、設(shè)計(jì)合成了三種新的海島位1-

2、烷氧-6，7-二苯氧基不對(duì)稱取代的PBI5、6、7，是利用相應(yīng)的兩種1，6，7-三苯氧基PBI3、4為原料，進(jìn)行SNAr2反應(yīng)得到的。它們被用于PSC活性層添加劑。有趣的是，只有1，6，7-三苯氧基PBI能夠發(fā)生這種醚交換，而1，6，7，12-四苯氧基PBI8無反應(yīng)活性。醚交換反應(yīng)使三取代PBI海島1位能連有唯一的一個(gè)雙鍵基團(tuán)，且產(chǎn)率55-74％、溫度66℃、時(shí)間2h。新結(jié)構(gòu)已被1H、13C、DEPT135NMR證實(shí)，并且采用UV-vi

3、s光譜、FL光譜、CV法表征了這些PBI的光物理和電化學(xué)性能。
　　2、將六種PBI作為添加劑，加入P3HT/PC61BM的活性層中，制成PSC。經(jīng)過優(yōu)化和摸索，添加了端烯氧基長鏈不對(duì)稱三取代PBI5的器件實(shí)現(xiàn)了PCE=3.57％，JSC=9.85mA cm-2，比對(duì)照組提高5.6％、7.8％。添加劑的作用主要表現(xiàn)在捕獲更多太陽光，促進(jìn)JSC、EQE、和PCE的增大。研究發(fā)現(xiàn)，在JSC的提高方面，不對(duì)稱長鏈PBI5、6添加劑明顯優(yōu)

4、于苯氧基PBI3、4、不對(duì)稱短鏈PBI7和四取代PBI8。
　　3、分別采用Stille和Suzuki偶聯(lián)方法合成了πAπ型三元苯并噻二唑(BT)類和辛氧基苯并噻二唑(OBT)類受體片段A1、A2。首次使用對(duì)稱及非對(duì)稱兩種Stille偶聯(lián)路線，合成了πAπAπ型五元受體片段A3、OBT-DT-3、DT-BT-3。新化合物已被1H、13C NMR證實(shí)，并且采用UV-vis光譜和CV法計(jì)算了八種單體和前驅(qū)體的能級(jí)和Eg。
　　4

5、、將OBT受體片段與咔唑供體片段進(jìn)行Suzuki催化偶聯(lián)聚合，設(shè)計(jì)合成了MW=3.1和2萬DπAπA型中等帶隙交替共軛聚合物X2-717和X2-526。同時(shí)也使用Suzuki偶聯(lián)，高產(chǎn)率地得到了MW=8.7萬的DπA型共軛聚合物X1。上述聚合物通過GPC、1H NMR表征了分子量和結(jié)構(gòu)。DSC、TG表征了它們的熱學(xué)性能，UV-vis光譜和CV測試了其光學(xué)和電化學(xué)性能，并計(jì)算了能級(jí)和Eg。
　　5、使用DπAπA和DπA型共軛聚合物