基于苯并二噻吩和喹喔啉的新型共軛聚合物的合成及光伏性能研究.pdf

1、本論文系統(tǒng)介紹了二元和三元共軛聚合物太陽能電池的研究現(xiàn)狀。針對目前共軛聚合物光伏給體材料合成難度大、穩(wěn)定性差和效率偏低等關(guān)鍵科學(xué)問題，設(shè)計合成了三類新穎的基于苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩（BDT）和喹喔啉衍生物的共軛聚合物光伏給體材料。通過核磁共振氫譜、碳譜和飛行質(zhì)譜等方法對聚合物單體和目標聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)進行了表征，系統(tǒng)研究了聚合物的熱穩(wěn)定性能、光物理性能和電化學(xué)性能等；以這些聚合物為給體材料，制做了本體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能光

2、伏器件，并對它們的光伏性能進行了系統(tǒng)研究。
　　本論文的主要研究內(nèi)容為：
　　1)合成了一個基于二維結(jié)構(gòu)的噻吩基取代的苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(BDTT）為給體單元、喹喔啉衍生物Qx-3為受體單元的共軛聚合物PBDTDT(Qx-3)-T。系統(tǒng)研究了喹喔啉上不同的取代側(cè)鏈對以BDTT-alt-Qx為骨架聚合物的吸收光譜、電化學(xué)能級、SCLC空穴遷移率以及光伏性能的影響。研究結(jié)果表明：在以BDTT-alt-Qx為骨

3、架的聚合物中，對喹喔啉單元進行側(cè)鏈修飾能夠很好的調(diào)控聚合物的相關(guān)性能。作為結(jié)果，PBDTDT(Qx-3)-T顯示了較小的光學(xué)帶隙（1.78 eV）、較低的HOMO能級（-5.51eV）和較高的空穴遷移率（2.19×10-4cm2 V-1 s-1）。基于聚合物PBDTDT(Qx-3)-T與 PC71BM的太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率達到6.9％。
　　2)合成了以苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩（BDT）或 BDTT為給體單元、菲并

4、[4,5-abc]吩嗪(PPz）為受體單元的兩個新型共軛聚合物 PTTPPz-BDT和PTTPPz-BDTT。系統(tǒng)研究了BDT上取代基的改變、以及剛性大π平面稠環(huán)PPz的引入對聚合物PTTPPz-BDT和PTTPPz-BDTT的吸收光譜、電化學(xué)能級、SCLC空穴遷移率以及光伏性能的影響。研究結(jié)果表明：由于PPz的引入，PTTPPz-BDT和PTTPPz-BDTT都表現(xiàn)出了較小的光學(xué)帶隙（1.70eV和1.59eV）、較低的HOMO能級（

5、-5.29eV和-5.34eV）和較高的SCLC空穴遷移率（1.88×10-4cm2 V-1 s-1和2.17×10-4cm2 V-1 s-1）?；赑TTPPz-BDT和PTTPPz-BDTT與PC71BM的太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率分別達到4.25％和4.86％。
　　3)合成了以BDTT為給體單元、PPz為第一受體單元、苯并[c][1,2,5]噻二唑（BT-H）、5,6-二氟苯并[c][1,2,5]噻二唑（BT-F）和5,6-二

6、辛氧基苯并[c][1,2,5]噻二唑（BT-O）為第二受體單元的三個無規(guī)三元共聚物PBDTT-PPzBT-H、PBDTT-PPzBT-F和PBDTT-PPzBT-O。系統(tǒng)研究了在第二受體BT的5,6號位置引入不同取代基團對三元共聚物的吸收光譜、電化學(xué)能級、SCLC空穴遷移率以及光伏性能的影響。研究結(jié)果表明：在BT的5,6號位置上引入不同的取代側(cè)鏈對三元共聚物的相關(guān)性能影響很大，其中共聚物PBDTT-PPzBT-F表現(xiàn)出了最小的光學(xué)帶隙（