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、目前關于太陽能和聚合物電池(PSC)的研究剛剛起步，國外報道十分活躍，但是大部分有機太陽能電池的光電轉化效率(PCE)小于5％，直接制約著它的商品化。因此，找出設計新材料的規(guī)律或原則以提高器件性能是研究者們關注的焦點。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，通過催化偶聯的方法合成了新型中等帶隙共軛聚合物，應用于光伏器件,以達到提高PCE的目的。主要研究內容如下:
　　1、設計合成了三種新的海島位1-

2、烷氧-6，7-二苯氧基不對稱取代的PBI5、6、7，是利用相應的兩種1，6，7-三苯氧基PBI3、4為原料，進行SNAr2反應得到的。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無反應活性。醚交換反應使三取代PBI海島1位能連有唯一的一個雙鍵基團，且產率55-74％、溫度66℃、時間2h。新結構已被1H、13C、DEPT135NMR證實，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。經過優(yōu)化和摸索，添加了端烯氧基長鏈不對稱三取代PBI5的器件實現了PCE=3.57％，JSC=9.85mA cm-2，比對照組提高5.6％、7.8％。添加劑的作用主要表現在捕獲更多太陽光，促進JSC、EQE、和PCE的增大。研究發(fā)現，在JSC的提高方面，不對稱長鏈PBI5、6添加劑明顯優(yōu)

4、于苯氧基PBI3、4、不對稱短鏈PBI7和四取代PBI8。
　　3、分別采用Stille和Suzuki偶聯方法合成了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。首次使用對稱及非對稱兩種Stille偶聯路線，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，并且采用UV-vis光譜和CV法計算了八種單體和前驅體的能級和Eg。
　　4

5、、將OBT受體片段與咔唑供體片段進行Suzuki催化偶聯聚合，設計合成了MW=3.1和2萬DπAπA型中等帶隙交替共軛聚合物X2-717和X2-526。同時也使用Suzuki偶聯，高產率地得到了MW=8.7萬的DπA型共軛聚合物X1。上述聚合物通過GPC、1H NMR表征了分子量和結構。DSC、TG表征了它們的熱學性能，UV-vis光譜和CV測試了其光學和電化學性能，并計算了能級和Eg。
　　5、使用DπAπA和DπA型共軛聚合物