側(cè)鏈結(jié)構(gòu)可調(diào)的二維共軛聚合物的合成及光伏性能研究.pdf

1、近年來(lái),聚合物太陽(yáng)能電池的研究成為能源及材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,但是其實(shí)際應(yīng)用還受到諸如材料性能、器件制作工藝等的制約。高效率給體材料的研發(fā)是聚合物太陽(yáng)能電池走向?qū)嶋H應(yīng)用中的重要一環(huán),受到材料學(xué)家的特別重視,設(shè)計(jì)和合成具有低HOMO能級(jí)的共軛聚合物材料是得到高效率太陽(yáng)能電池的一種行之有效的方法。
　　為此設(shè)計(jì)合成了一系列新的含有帶共軛支鏈的噻吩單元和苯并二噻吩(BDT)單元的二維共聚物,并對(duì)噻吩單元的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)

2、,期望獲得高性能的聚合物,并研究了聚合物分子結(jié)構(gòu)與其光電性能的關(guān)系。本論文的主要內(nèi)容如下:
　　1.采用?；?、Suzuki偶聯(lián)、溴化及縮合等單元反應(yīng),從多種原料出發(fā)合成了四個(gè)3位共軛支鏈取代的2,5-二溴噻吩化合物(M1,M2,M3,M4);以3-噻吩甲酸為原料,通過(guò)酰胺化、關(guān)環(huán)、烷基化及與三甲基氯化錫的反應(yīng)合成了單體2,6-雙(三甲基錫基)-4,8-異辛氧基苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(M5)。合成產(chǎn)物及其中間體的結(jié)

3、構(gòu)采用1H NMR進(jìn)行了確證,并對(duì)合成過(guò)程進(jìn)行了討論。
　　2.通過(guò)2,5-二溴噻吩化合物(M1,M2,M3,M4)與苯并二噻吩有機(jī)錫化合物(M5)的Stille偶聯(lián)反應(yīng),合成了含有帶共軛支鏈的噻吩單元和苯并二噻吩(BDT)單元的二維共聚物(P1-P4),聚合物的結(jié)構(gòu)得到1H NMR確認(rèn),并對(duì)聚合過(guò)程進(jìn)行了討論。
　　3.通過(guò)溶解性、分子量及分子量分布(GPC)、熱穩(wěn)定性(TGA)等測(cè)試,研究了四種聚合物的溶解性、聚合度及熱

4、穩(wěn)定性。結(jié)果表明:四種聚合物均具有良好的溶解性、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性及合適的聚合度,有利于制備高穩(wěn)定性的光伏器件。聚合物的吸收光譜(UV-vis)及循環(huán)伏安(CV)測(cè)試結(jié)果表明:四種聚合物均具有較寬的吸收光譜,從而它們可以吸收更多的太陽(yáng)光子,有利于增大太陽(yáng)能電池的短路電流(Jsc);四種聚合物均具有較低的HOMO能級(jí)(-5.32eV~-5.38eV),這有利于增大太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓(Voc)。測(cè)試結(jié)果表明,在聚合物側(cè)鏈引入吸電子基團(tuán),可以使

5、吸收邊波長(zhǎng)紅移,同時(shí)降低聚合物的HOMO能級(jí)。由于聚合物 P2的分子結(jié)構(gòu)共平面性最好,所以 P2顯示出較好的光電性能。
　　4.制作了器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/Polymer:PC61BM/Ca/Al的聚合物光伏器件,采用校準(zhǔn)太陽(yáng)模擬器(Newport150W Solar Simulator)作為光源,在光強(qiáng)為86mW/cm2的條件下測(cè)試了四種聚合物太陽(yáng)能電池的光伏性能。測(cè)試結(jié)果表明,四種聚合物光伏器件均具有較好的光伏