新型聚合物太陽能電池給體材料的設(shè)計合成與應(yīng)用.pdf

1、利用有機(jī)光伏技術(shù)以較低成本將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，是有效利用太陽能的一個重要途徑。聚合物太陽能電池（Polymer Solar Cells）具有低成本、可滾動印刷加工、柔性、輕薄以及容易大面積制備等優(yōu)勢，并且其分子結(jié)構(gòu)便于設(shè)計成為近年來太陽能電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。為了提高有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，設(shè)計和合成具有良好的光物理和電化學(xué)性能的共軛聚合物仍然是科研工作者的核心任務(wù)。本文主要圍繞給體（D）-受體（A）型共軛聚合物的合成設(shè)計，并對其物

2、理性質(zhì)，光學(xué)性質(zhì)與光伏性能進(jìn)行表征，期望得到性能優(yōu)異的活性層電子給體材料。本文內(nèi)容如下：
　　1.第二章，我們設(shè)計了三種基于1,1-二辛基-3,4-二苯基-2,5-雙(5-溴-2-(4,7-二噻吩-2基-2,1,3-苯并噻二唑))噻咯（HSTBT：tetraarylsilole衍生物）作為acceptor單元的D-A型共軛聚合物，并對其物理性質(zhì)，光學(xué)性質(zhì)和光伏性能進(jìn)行了表征。三種聚合物的失重溫度均在400℃以上，表現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)

3、定性。聚合物在可見光和近紅外區(qū)域內(nèi)均表現(xiàn)出了很寬的光譜吸收（300 nm-850 nm）。HOMO能級低于5.1 eV, LUMO能級高于3.7eV。與受體材料 PC61BM的能級相匹配?；钚詫訛镻DTBDT-HSTBT/PC61BM(1:2)共混下,通過倒置光伏器件（ ITO/PFN/PDTBDT-HSTBT:PC61BM/MoO3/Ag）優(yōu)化得到的光電轉(zhuǎn)換效率為3.24％。是目前已經(jīng)報道的基于tetraarylsilole單元作為活

4、性層主體材料的效率最高的聚合物。
　　2.第三章，我們基于苯并二噻吩（BDT）單元的最新進(jìn)展，把硫原子引入支鏈烷基噻吩中做為donor單元，以吡咯并吡咯二酮（DPP）和異靛藍(lán)（ID）衍生物作為acceptor單元，通過改變了DPP和ID中的柔性鏈來調(diào)整聚合物的溶解性，合成了四種聚合物 P1,P2,P3和 P4。對四種聚合物的物理性能和光學(xué)性能分別進(jìn)行了研究,聚合物均表現(xiàn)出了良好吸光能力?；?DPP單元較強(qiáng)的缺電子特性，使得合成的

5、聚合物P1，P2吸收很寬，均表現(xiàn)出較窄的能帶間隙，均在1.3 eV左右。而基于ID聚合物的HOMO能級則在5.4 eV左右，與理想聚合物HOMO能級相近。P2， P4的分子量雖然得到明顯改善，但通過器件光伏性能測試，過長的柔性鏈可能會引起聚合物空間位阻的增加，阻礙了在溶液加工時的激子分離與擴(kuò)散，極大的影響了聚合物的短路電流。目前P1與P3的器件轉(zhuǎn)化效率分別為3.86%和3.63%。
　　3.第四章，我們根據(jù)第三章的設(shè)計思路，在 B

6、DT-TS單元的4.8位設(shè)計了兩條柔性鏈，正辛基（n-C8）與2-乙基己基（EH），作為 donor單元，以萘二并噻二唑（DTNT）作為 acceptor單元，分別設(shè)計合成了兩個聚合物 BDT-TS1-DTNT和BDT-TS2-DTNT。萘二并噻二唑是由兩個苯并噻二唑單元（BT）并聯(lián)而成，有著出色的吸電子能力，更強(qiáng)的平面性與電荷遷移率，并能降低光學(xué)帶隙，在萘二并噻二唑的環(huán)上修飾了兩個大烷基鏈取代的噻吩以平衡溶解性與平面性。對兩個聚合物進(jìn)