基于異靛藍及其衍生物的新型聚合物太陽能電池材料的設(shè)計、合成及光伏性能研究.pdf

1、近年來，基于異靛藍及其衍生物的聚合物太陽能電池（PSCs）引起國內(nèi)外廣大科研工作者的極大研究興趣；基于異靛藍及其衍生物的聚合物具有良好的紫外-可見（UV-vis）光譜吸收、較高的開路電壓（Voc）和良好的空氣穩(wěn)定性；因此設(shè)計合成基于異靛藍及其衍生物的聚合物太陽能電池材料具有重要意義。本論文設(shè)計合成一系列異靛藍及其衍生物，以其為電子受體單元(A)，苯并二噻吩和噻吩為電子給體單元（D），合成一些共軛聚合物，并對其光伏性能進行研究。主要工作如

2、下：
　　1、設(shè)計合成單烷基取代異靛藍（IIDH），和苯并二噻吩（BDT）單元共聚得到聚合物 PBDTO-IIDH和 PBDTT-IIDH，光學(xué)能帶隙分別為1.56 eV（PBDTO-IIDH）和1.59 eV（PBDTT-IIDH）。采用倒置結(jié)構(gòu)器件測試，當PBDTO-IIDH:PC61BM為1:1.5(w/w），經(jīng)退火處理后，光電轉(zhuǎn)化效率（PCE）為1.73%。
　　2、設(shè)計合成單噻吩連接兩個異靛藍的A-D-A型新電子受

3、體單元，與苯并二噻吩單元共聚得到含有一種電子受體單元（異靛藍）和兩種電子給體單元（噻吩和苯并二噻吩）的聚合物PBDTO-DIIDT和PBDTT-DIIDT，聚合物的最大吸收峰將近700 nm；采用倒置結(jié)構(gòu)器件測試，基于PBDTT-DIIDT的太陽能電池的PCE為3.33%；設(shè)計合成此類型結(jié)構(gòu)的聚合物可以有效解決無規(guī)共聚物結(jié)構(gòu)難以準確定義的問題。
　　3、針對異靛藍的二面角問題，設(shè)計合成以噻吩為內(nèi)核的異靛藍衍生物IIDT和IIDT8

4、，通過計算機模擬可知噻吩與吲哚酮環(huán)的二面角只有0.14°;以其為電子受體單元、BDT為電子給體單元合成聚合物 PBDTO-IIDT8、PBDTO-IIDT和PBDTT-IIDT,聚合物的UV-vis光譜吸收范圍為300 nm?750 nm；采用倒置結(jié)構(gòu)器件測試,基于PBDTO-IIDT8的PSCs的PCE為2.42%，而基于PBDTO-IIDT和PBDTT-IIDT的PSCs的PCE分別為1.33%和1.51%；。
　　4、為解決

5、異靛藍的二面角問題，設(shè)計合成以丁二烯為內(nèi)核的異靛藍衍生物EBI，與苯并二噻吩單元共聚得到聚合物 PBDTO-EBI和 PBDTT-EBI，計算機模擬可知丁二烯與吲哚酮環(huán)的二面角只有0.18°，說明 EBI平面性好；聚合物UV-vis光譜吸收范圍為300 nm?750 nm；PBDTO-EBI和PBDTT-EBI的HOMO都比較低，分別為-5.46 eV和-5.51 eV，有利于獲得較高的開路電壓；采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)器件測試，基于PBDTO-E

6、BI的PSCs的PCE為3.00%，而基于PBDTT-EBI的PSCs的PCE達到4.59%，開路電壓為0.94 V；設(shè)計合成以丁二烯為內(nèi)核的異靛藍衍生物可以有效解決異靛藍二面角問題。
　　5、設(shè)計合成非對稱結(jié)構(gòu)的新型電子受體單元 TEI，分別與單噻吩和苯并二噻吩單元共聚得到聚合物PT-TEI、PBDTO-TEI和PBDTT-TEI，在氯仿溶液中，聚合物UV-vis光譜吸收范圍為300 nm?800 nm，最大吸收峰分別為615

7、nm(ε=2.78×105 M-1cm-1),576 nm(ε=1.22×105 M-1cm-1)和581 nm(ε=1.75×105 M-1cm-1);計算機模擬可知噻吩和吲哚酮環(huán)的二面角為0.10°，說明單體TEI平面性良好；采用倒置結(jié)構(gòu)器件測試，PC61BM作為受體材料，當聚合物:PC61BM為1:2（w/w）時，PCE分別為6.96%、4.90%和4.22%；當PT-TEI:PC61BM為1:1.5(w/w)，PCE高達7.32