稠環(huán)噻吩類窄帶隙聚合物的設(shè)計及光電性能研究.pdf

1、帶寬小于2.0 eV，基于電子給體-電子受體交替共聚的窄帶隙聚合物已經(jīng)成為聚合物太陽能電池研究的主流。目前，大多數(shù)窄帶隙聚合物難以均衡帶隙控制，載流子遷移率以及能級排列問題，本論文的主要工作是設(shè)計合成一系列結(jié)構(gòu)新穎的電子給體單元、電子受體單元，以及基于電子給體-電子受體交替共聚的窄帶隙聚合物太陽能電池材料。考察聚合物的光譜和電化學(xué)性質(zhì)，優(yōu)化聚合物太陽能電池器件的工藝條件，研究聚合物結(jié)構(gòu)對器件光伏性能的影響，揭示共軛結(jié)構(gòu)對聚合物帶隙、吸收

2、光譜以及能級排列的影響，開發(fā)高性能的太陽能電池材料。
　　本論文第二章中，以咔唑橋連三苯基胺基團作為電子給體單元和電子受體單元吡咯并吡咯二酮(DPP)，噻唑并[5，4-d]噻唑(TTz)共聚合成兩種二維窄帶隙聚合物PTCDPP和PTCTTz。討論了不同電子受體單元對聚合物光譜吸收，電化學(xué)性能的影響，探討了咔唑單元作為二維側(cè)鏈對PTCDPP的光伏性能的影響。優(yōu)化基于PTCDPP的太陽能電池器件FTO/TiO2/PTCDPP∶PCBM

3、/MoO3/Al的光電轉(zhuǎn)化效率，考慮PTCDPP∶PCBM質(zhì)量比，活性層的退火工藝，高沸點溶劑添加劑的使用等因素的影響發(fā)現(xiàn):最優(yōu)的器件效率是活性層PTCDPP∶PCBM(1∶4，w/w)用3％(v/v)1，8-二碘辛烷(DIO)的鄰二氯苯溶液成膜，80C退火后得到，器件參數(shù)為PCE=2.65％，Jsc=4.47 mA/cm2，Voc=0.80 V，F(xiàn)F=0.37。此系列聚合物的開發(fā)針對空穴遷移率與吸收波譜難以均衡，從聚合物結(jié)構(gòu)設(shè)計上提出

4、了一種新的設(shè)計方法。
　　第三章以苯并三噻吩(BTT)為電子供體單元，和DPP，TTz，噻吩吡咯二酮(TPD)和二噻唑并[4，5-g]喹喔啉(DTBTQx)等電子受體單元交替共聚得到一系列光學(xué)帶寬1.20 eV～1.80 eV的窄帶隙聚合物PBTTDPP，PBTTTTz，PBTTTPD和PBTTDTBTQx，分析不同電子受體結(jié)構(gòu)對聚合物帶隙、吸收光譜、能級排列的作用機制。應(yīng)用于聚合物太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT4083

5、(40 nm)/聚合物:PC71BM(80 nm)/Al(80nm)，考慮不同的聚合物/PC71BM質(zhì)量比，加入聚[（9，9-二辛基-2，7-芴）-并（9，9-雙（3'-(N，N-二甲氨基)丙基)-2，7-芴）](PFN）層等因素的優(yōu)化工藝，活性層PBTTTTz∶PC71BM(1∶1，w/w)沒有加PFN層的器件取得了PCE為1.38％，Jsc為5.46mA/cm2，Voc為0.51 V，F(xiàn)F為0.50的結(jié)果。上述光伏器件的優(yōu)化條件為B

6、TT基窄帶隙聚合物的器件優(yōu)化提供了一定的借鑒。
　　第四章以萘并二噻吩(NDT)單元和DPP，TTz，TPD和DTBTQx等受體單元采用直接芳基化聚合反應(yīng)的方法得到一系列的聚合物PNDTDPP，PNDTTTz，PNDTTPD和PNDTDTBTQx。此系列聚合物的光學(xué)帶寬在1.20 eV～1.80 eV，HOMO能級為-4.94 eV-5.28 eV，LUMO能級為-3.42eV～-3.77 eV，聚合物具有良好的溶解性和成膜性能，

7、希望能得到Jsc比較高的高性能太陽能電池材料。目前基于這類聚合物的太陽能電池器件檢測正在進行中。
　　第五章中通過在雙溴代的苯環(huán)上閉環(huán)反應(yīng)得到4，8-二溴苯并呋喃[5，6-b]呋喃的中間產(chǎn)物，通過典型的鈀催化下金屬轉(zhuǎn)移的偶聯(lián)反應(yīng)如Suzuki，Still等反應(yīng)可以得到4，8位取代基修飾苯并二呋喃(BDF)單元，避免了以苯并二呋喃4，8-二酮作為中間產(chǎn)物，通過類似苯并二噻吩(BDT)衍生物的拓展方式帶來的限制。本章中以4，8-二溴苯

8、并呋喃[5，6-b]呋喃為中間產(chǎn)物合成了幾種BDF單元衍生物的電子供體:巰烷基取代BDF單元(BDF-S)，三異丙基硅炔基取代BDF單元(TIPSBDF)，烷基噻吩基取代BDF單元(BDFT)，巰烷基噻吩基取代BDF單元(BDFT-S)，并和電子受體單元DPP，TTz和DTBTQx等Still聚合得到了一系列的聚合物。分析不同電子受體單元以及不同給體單元對聚合物帶隙、吸收光譜、能級排列的作用機制。目前基于這類聚合物的太陽能電池器件測試正