新型D-A_D共聚物太陽(yáng)能電池給體材料的合成及其性能研究.pdf

1、本論文簡(jiǎn)要敘述了聚合物太陽(yáng)能電池材料與器件的發(fā)展歷程及其研究現(xiàn)狀。本文從拓寬聚合物給體材料紫外吸收光譜、提高其載流子遷移率出發(fā),以噻吩[3,4-b]吡嗪或喹噁啉為受體(A)單元,通過另外的給體(D)基團(tuán)(芴,咔唑和三芳胺)側(cè)面修飾受體單元設(shè)計(jì)合成了三類D-A?D共軛聚合物,并通過核磁共振氫譜(1H NMR)及凝膠滲透色譜(GPC)確認(rèn)了中間產(chǎn)物及目標(biāo)聚合物的分子結(jié)構(gòu);系統(tǒng)研究了這些共聚物的電化學(xué)(CV)、紫外吸收(UV-vis)、熱穩(wěn)定

2、性能(TGA)及本體異質(zhì)結(jié)(BHJ)聚合物太陽(yáng)能電池(PSCs)光伏性能。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.在芴-alt-噻吩[3,4-b]吡嗪共聚物的側(cè)基分別引入給體基團(tuán)芴、咔唑和三芳胺,設(shè)計(jì)合成了三種D-A?D共軛聚合物PFO-3ThPz-Fl、PFO-3ThPz-Cz和PFO-3ThPz-Tpa。為研究側(cè)基給體基團(tuán)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響,對(duì)比合成了其 D-A型母體共軛聚合物PFO-3ThPz-Ph。研究發(fā)現(xiàn),側(cè)基D-A?D共軛聚合物比PFO

3、-3ThPz-Ph具有更寬的紫外-可見光譜。在模擬太陽(yáng)光AM1.5,100 mW/cm2輻射下,含三苯胺的D-A?D的聚合物PFO-3ThPz-Tpa/PC60BM(1:3 w/w)制作的 BHJ-PSCs顯示最好的光伏性能:Jsc=7.91 mA/cm2, Voc=0.76 V, PCE=2.09％。其能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)是PFO-3ThPz-Ph/PC60BM(1:3 w/w)制作的本體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的2.4倍。而基于PFO-3

4、ThPz-Tpa/PC71BM(1:3 w/w)制作的BHJ-PSCs的PCE提升到3.08%。
　　2.在咔唑-alt-噻吩[3,4-b]吡嗪共聚物的側(cè)基分別引入不同給體基團(tuán),設(shè)計(jì)合成了四種D-A?D共軛共聚物:PCz-3ThPz-Th、PCz-3ThPz-Fl、PCz-3ThPz-Cz和PCz-3ThPz-Tpa,同時(shí)對(duì)比合成其D-A型母體共軛聚合物PCz-3ThPz-Ph。在模擬太陽(yáng)光AM1.5,100 mW/cm2照射下,

5、含咔唑的D-A?D聚合物PCz-3ThPz-Cz/PC60BM(1:3 w/w)制作的本體異質(zhì)結(jié)光伏電池顯示了最好的光伏性能:Jsc=7.16 mA/cm2, Voc=0.70 V, PCE=1.66%?；赑Cz-3ThPz-Cz/PC71BM(1:3 w/w)制作的BHJ-PSCs得到了最高的光電轉(zhuǎn)換效率的PCE提升為2.98%。
　　3.在芴-alt-2,3-二苯并喹噁啉(PFO-Qx)和咔唑-alt-2,3-二苯并喹噁啉(