基于給電子側(cè)鏈取代的二維共軛聚合物給體材料的設(shè)計、合成及光伏性能研究.pdf

1、近年來，隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，人類對能源的需求量越來越大。然而，越來越多的石油等傳統(tǒng)能源的使用，使得這些非可再生資源面臨儲量枯竭的危機，而且也造成了巨大的環(huán)境污染。太陽能由于其清潔且取之不盡用之不竭的特點，越來越受到人們的關(guān)注。聚合物太陽能電池由于質(zhì)量輕、成本低、易制備而且可以制備成柔性和大面積器件等優(yōu)點，被認為是未來利用太陽能的有效途徑之一。
　　聚合物給體材料的創(chuàng)新是推動聚合物太陽能發(fā)展的主要推動力之一。聚合給體材料的結(jié)構(gòu)可

2、分為共軛主鏈和側(cè)鏈兩部分。共軛主鏈決定了聚合物的光電性質(zhì)。另一方面，側(cè)鏈的選擇不僅僅是為了滿足聚合物給體材料的溶液可加工要求，它還影響著分子間的排列、分子能級等從而影響聚合物太陽能電池的器件性能。本論文將在聚合物給體材料上引入不同的給電子側(cè)鏈，系統(tǒng)研究在改善聚合物的吸收光譜、電子能級和光伏性能等方面的作用，主要包括：
　?。?）以噻吩并噻吩(TT)為受體單元，在其給體的BDTT單元的側(cè)鏈上分別引入烷硫鏈和烷氧鏈，合成了兩個新的D-

3、A聚合物PBDTT-OS-TT-EF和PBDTT-OS-TT-CF。通過給電子側(cè)鏈的引入，PBDTT-OS-TT-EF和PBDTT-OS-TT-CF都展示出比原先更寬的吸收光譜，和更低的HOMO能級（分別為-5.34 eV和-5.46 eV）。基于PBDTT-OS-TT-CF的聚合物太陽能電池器件開路電壓Voc達到了1.00 V，是文獻報道的基于TT單元聚合物的最高值。
　?。?）以吡咯并吡咯二酮(DPP)為受體單元，并使用了異辛

4、基、異辛硫基和異辛氧基取代的BDTT單元作為給體，分別合成了三種新的D-A聚合物PBDTT-DPP、PBDTT-S-DPP和PBDTT-O-DPP。這三種聚合物具有較好的吸收，它們的HOMO能級分別為-5.47 eV、-5.48 eV和-5.41 eV。通過SCLC的方法測定了其純聚合物的空穴遷移率分別為2.27×10-3 cm2 V-1 s-1、8.56×10-3 cm2 V-1 s-1和1.78×10-3 cm2 V-1 s-1。通

5、過對相應(yīng)聚合物的光伏器件優(yōu)化表征后，基于聚合物 PBDTT-S-DPP:PC70BM(1:2, w/w)的器件開路電壓為0.80 V，能量轉(zhuǎn)換效率達到了4.64％。
　　（3）以苯并噻二唑(BT)為受體單元，苯并二噻吩(BDT)為給體單元，并在BT單元上引入兩個F原子，同時在BDT與BT之間的噻吩π-橋上引入給電子側(cè)鏈異辛氧基，分別合成了三種新的D-A聚合物 PBDTTS-OT-BT、PBDTTO-OT-BT和PBDTT-OT-B