低能帶隙、低HOMO能級(jí)的給-受體聚合物太陽(yáng)能電池材料的設(shè)計(jì)、合成及光伏性能.pdf

1、聚合物太陽(yáng)能電池具有重量輕、成本低、可大面積成膜、柔性以及性能可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)。共軛聚合物是聚合物太陽(yáng)能電池的材料基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)和合成綜合性能優(yōu)良的新型聚合物材料對(duì)提高聚合物太陽(yáng)能電池性能和能量轉(zhuǎn)化效率具有非常重要的意義。本論文通過(guò)合成不同的給體單元和受體單元，合成了一系列新型的，尤其含有強(qiáng)吸電子內(nèi)酰亞胺和內(nèi)酰胺基團(tuán)的低能帶隙聚合物，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了材料的低能帶隙、低HOMO能級(jí)并研究了分子結(jié)構(gòu)與材料光電性能的關(guān)系以及對(duì)光伏器件性能的影響，主要內(nèi)容如

2、下：
　　 1.本論文第二章以3，4-乙撐二氧噻吩(EDOT)為電子給體單元，以喹啉胺和噻二唑喹啉胺為受體單元，合成了EDOT-喹啉胺和EDOT-噻二唑喹啉胺共軛聚合物，聚合物有良好的熱穩(wěn)定性。研究了聚合物的光物理性質(zhì)、電化學(xué)性質(zhì)以及光伏性能，以這些聚合物為給體材料，富勒烯衍生物PC61BM為受體材料，制備了本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池器件，能量轉(zhuǎn)化效率最高為0.6％，開(kāi)路電壓為0.52 V，短路電流為3.24 mn/cm2。

3、r>　　 2.利用在受體單元上引入強(qiáng)吸電子基團(tuán)來(lái)降低聚合物的HOMO能級(jí)，本論文第三章合成了一種含有強(qiáng)吸電子內(nèi)酰亞胺基團(tuán)的受體單元鄰苯二甲酰亞胺衍生物。以苯并[1，2-b：4，5-b’]二噻吩為給體單元，合成了新型共軛聚合物PBDTPh和PBDTPhBT。紫外可見(jiàn)吸收光譜表明聚合物在可見(jiàn)光部分有強(qiáng)的吸收峰，電化學(xué)測(cè)試表明聚合物有低的HOMO能級(jí)。以聚合物為給體材料，富勒烯衍生物PC71BM為受體材料，制備了本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池器

4、件，器件獲得了高的開(kāi)路電壓，在0.89-0.93 V之間，能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到1.54％。
　　 3.為了拓寬聚合物在可見(jiàn)光部分的吸收，第四章的第一節(jié)設(shè)計(jì)合成了以二氧吡咯噻吩為受體單元，在受體單元上也含有強(qiáng)吸電子的內(nèi)酰亞胺基團(tuán)，目的是獲得低的HOMO能級(jí)和較高的開(kāi)路電壓。以苯并[1，2-b：4，5-b’]二噻吩為給體單元，合成了新型共軛聚合物PBDTDPT1和PBDTDPT2。紫外可見(jiàn)吸收光譜表明新的聚合物與含鄰苯二甲酰亞胺的聚合物

5、相比有更寬的吸收峰，電化學(xué)研究表明聚合物PBDTDPT1和PBDTDPT2具有低的HOMO能級(jí)，分別達(dá)到-5.44和-5.42 eV。光伏器件測(cè)試結(jié)果證實(shí)，聚合物與PC71BM組成的本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池器件獲得了優(yōu)異的性能，開(kāi)路電壓高達(dá)0.91-0.97 V。PBDTDPT1和PBDTDPT2與PC71BM組成的本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池器件經(jīng)初優(yōu)化后的短路電流分別為6.58和10.34 mA/cm2，能量轉(zhuǎn)化效率分別達(dá)到3.42

6、％和4.79％。
　　 4.由于在受體兩邊引入推電子單元一般會(huì)降低聚合物的能帶隙，第四章的第二節(jié)在PBDTDPT1和PBDTDPT2的基礎(chǔ)上，在二氧吡咯噻吩單元兩邊引入了推電子的3-烷基噻吩單元，仍然以苯并[1，2.b：4，5-b’]二噻吩為給體單元，合成了新型共軛聚合物PBDTTPT1和PBDTTPT2。同時(shí)將二氧吡咯噻吩單元上的大支鏈改成直鏈。研究結(jié)果顯示新的聚合物能帶隙下降并不明顯，由原來(lái)的1.84eV下降到了1.82和1

7、.78 eV。新的聚合物也具有比較好的光伏性能，開(kāi)路電壓仍然高達(dá)0.90 V。PBDTTPT1和PBDTTPT2與PC71BM組成的本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池器件的能量轉(zhuǎn)化效率分別達(dá)到2.43％和2.68％。
　　 5.第五章設(shè)計(jì)合成了含另一種強(qiáng)吸電子基團(tuán)內(nèi)酰胺的單體異靛藍(lán)。分別以噻吩、噻吩并[2，3-b]噻吩和苯并[1，2-b：4，5-b’]二噻吩為給體單元，合成了一系列含異靛藍(lán)的聚合物，并研究了這些聚合物的光學(xué)、電化學(xué)以及光

8、伏性能。研究表明，異靛藍(lán)聚合物的吸收峰覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域，同時(shí)聚合物具有較低的HOMO能級(jí)，合適的LUMO能級(jí)以及理想的光學(xué)能帶隙。以異靛藍(lán)的聚合物為給體材料，PC71BM為受體材料，制備了本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽(yáng)能電池器件，初步研究了光伏性能，能量轉(zhuǎn)化效率最高達(dá)到1.91％。
　　 6.第六章合成了另一種含強(qiáng)吸電子內(nèi)酰胺基團(tuán)的單體3.6-二烷基.2，5-二吡咯并[3，4-c]吡咯-1，4-二酮(DPP)作為受體單元，DPP單元本身