含噻吩和噻唑基元的共軛聚合物的合成和光伏性能研究.pdf

1、由于聚合物太陽能電池(PSCs)與傳統(tǒng)無機(jī)太陽能電池相比具有制備工藝簡單、造價低廉、可制成超薄、大面積柔性器件等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注。但目前聚合物太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率以及穩(wěn)定性與無機(jī)太陽能電池相比還比較低,還不能實(shí)際應(yīng)用。為了提高聚合物太陽能電池的性能,本論文主要從制約聚合物太陽能電池轉(zhuǎn)化率中共軛聚合物材料的關(guān)鍵影響因素考慮,以拓寬聚合物光伏材料的吸收光譜和調(diào)節(jié)聚合物能級結(jié)構(gòu)等為出發(fā)點(diǎn),設(shè)計合成了三個系列的共軛聚合物太陽能電池新材料。對它

2、們進(jìn)行了1H-NMR、元素分析等結(jié)構(gòu)表征,同時進(jìn)行了分子量、熱性能基本性能表征,以及紫外-可見吸收分析和電化學(xué)分析。分別以它們?yōu)楣夥牧?制備了本體異質(zhì)結(jié)光伏器件,討論了光活性層以及光伏器件的性能。具體如下:
　　1.合成了共聚物(PBDTV),其吸收范圍為300-620 nm,覆蓋了可見光區(qū)內(nèi)的大部分范圍。該材料相對于聚噻吩乙烯等材料來說,熱性能和光致發(fā)光性能優(yōu)良。其LUMO和HOMO能級分別為-2.82 eV和-5.16 eV

3、。以聚合物和PC71BM的質(zhì)量比為1:4制備器件,在AM1.5,100 mW/cm2的光照射下,聚合物太陽能電池的開路電壓為0.71 V,能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了2.63％。
　　2.通過不同烷基取代的噻唑和乙烯共聚得到共聚物P1和P2。兩個聚合物的吸收光譜覆蓋了整個可見光區(qū),噻唑單元的引入有效降低了聚合物的HOMO能級和LUMO能級,兩個聚合物的HOMO能級分別達(dá)到了-5.32 eV和-5.35 eV。不同烷基對于聚合物的光物理性能和

4、電化學(xué)性能的影響不大。以聚合物和PC61BM的質(zhì)量比為1:1制備器件,在AM1.5,100 mW/cm2的光照射下,聚合物的太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率分別為0.21%和0.15%。
　　3.制備了用烷基取代聯(lián)噻唑分別和2,7-二(4’,4’,5’,5’-四甲基-1’,3’,2’-二氧雜戊硼烷-2’-基)-N-9’-十七烷基咔唑以及2,6-二三甲基錫-N-2-乙基己基-二噻并[3,2-b:2’,3-d’]吡咯共聚的D-A共聚物P3和P