基于氟代喹喔啉D-π-A型聚合物給體光伏材料的設計合成及其性能研究.pdf

1、在全球能源危機和環(huán)境污染日益加劇的背景下，太陽能作為取之不盡用之不竭的清潔能源，目前已越來越受到人們的關注。與無機硅太陽能電池相比，聚合物太陽能電池因其成本低、污染小、可大面積柔性加工而成為當下研究的熱點。但目前仍存在能量轉化效率低、穩(wěn)定性差等問題。本文以設計開發(fā)高效聚合物給體材料為目的，在能帶結構理論的指導下，系統(tǒng)地開展了共軛分子的結構設計和側鏈修飾的工作，合成了一系列基于氟代喹喔啉的D-π-A型窄帶隙聚合物，研究了材料結構性能之間的

2、科學規(guī)律，制備出了性能優(yōu)良的光伏電池器件。
　　1.為了探究空間共軛結構對聚合物光電性能的影響，我們以苯并二噻吩單元(BDT)為參比分子，設計合成了在垂直于主鏈方向上具有延伸共軛結構的二維苯并二噻吩(BDTT)和在平行于主鏈方向上具有延伸共軛結構的萘并二噻吩(NDT)單元，然后分別與氟代喹喔啉(DFDTQX)共聚得到了三種不同共軛結構的D-π-A型聚合物，首次系統(tǒng)地研究了從不同方向對聚合物的共軛結構進行拓展延伸后其光電性能的變化規(guī)

3、律?；谀阁w聚合物PBDT-DFDTQX器件的能量轉化效率為2.10％，場效應晶體管空穴遷移率為2.63×10-3 cm2 V-1s-1;垂直主鏈共軛延伸結構的PBDTT-DFDTQX，效率提高了近2.5倍，達到了5.07％，空穴遷移率提高不明顯;而平行主鏈共軛延伸的PNDT-DFDTQX的空穴遷移率提高了近2個數(shù)量級，達到了～0.1 cm2 V-1s-1，但光伏效率提高不多，只有2.30％。
　　2.以拓寬和增強共軛聚合物可見光

4、區(qū)吸收光譜為目的，我們設計合成了一系列D1-A(D2)型共軛聚合物材料，既保證了D1和A單元間的ICT作用，還同時在D2和A單元間引入了ICT作用。設計合成了強供電子基團（烷基噻吩）取代的喹喔啉受體單元(DFQX)。使用該單體，采用Stille偶聯(lián)法，分別與噻吩、苯并二噻吩和萘并二噻吩供電子單體聚合，制備出三種D-A型光伏聚合物材料PT-DFQX、PBDT-DFQX和PNDT-DFQX，其對應器件的能量轉化效率分別達到5.03％、4.5

5、2％和2.65％。
　　3.前期實驗結果表明，二維共軛結構的BDT-DFQX具有更好的光伏性能。為了進一步提高該類材料的性能，我們開展了側鏈優(yōu)化工作，詳細研究了共軛側鏈對BDT-DFQX聚合物光伏性能的影響規(guī)律。我們固定分子共軛主鏈不變，分別使用4-烷氧基苯(P)和2-烷基噻吩(T)作為共軛側鏈組合來調節(jié)共聚物的光電性能。實驗發(fā)現(xiàn)，共軛側鏈中2-烷基噻吩所占的比例越大，對應聚合物的吸收能力越強，HOMO能級越高。制備的相應的光伏電

6、池器件的能量轉換效率也表現(xiàn)了出很強的規(guī)律性。從D和A單元上全部為2-烷基噻吩共軛側鏈的PBDT-DFQX-TT，到全部為4-烷氧基苯共軛側鏈的PBDT-DFQX-PP，四個聚合物制備的光伏器件的能量轉化效率分別為7.29％、6.54％、6.08％到2.96％?；赑BDT-DFQX-TT的光伏器件效率7.29％，比PBDT-DFQX-PP器件的效率2.96％整整高出了2.5倍。隨后，我們通過器件加工工藝的優(yōu)化，使用甲醇溶劑來修飾處理活性