稠環(huán)噻吩類窄帶隙聚合物的設(shè)計(jì)及光電性能研究.pdf

1、帶寬小于2.0 eV，基于電子給體-電子受體交替共聚的窄帶隙聚合物已經(jīng)成為聚合物太陽(yáng)能電池研究的主流。目前，大多數(shù)窄帶隙聚合物難以均衡帶隙控制，載流子遷移率以及能級(jí)排列問(wèn)題，本論文的主要工作是設(shè)計(jì)合成一系列結(jié)構(gòu)新穎的電子給體單元、電子受體單元，以及基于電子給體-電子受體交替共聚的窄帶隙聚合物太陽(yáng)能電池材料?？疾炀酆衔锏墓庾V和電化學(xué)性質(zhì)，優(yōu)化聚合物太陽(yáng)能電池器件的工藝條件，研究聚合物結(jié)構(gòu)對(duì)器件光伏性能的影響，揭示共軛結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物帶隙、吸收

2、光譜以及能級(jí)排列的影響，開(kāi)發(fā)高性能的太陽(yáng)能電池材料。
　　本論文第二章中，以咔唑橋連三苯基胺基團(tuán)作為電子給體單元和電子受體單元吡咯并吡咯二酮(DPP)，噻唑并[5，4-d]噻唑(TTz)共聚合成兩種二維窄帶隙聚合物PTCDPP和PTCTTz。討論了不同電子受體單元對(duì)聚合物光譜吸收，電化學(xué)性能的影響，探討了咔唑單元作為二維側(cè)鏈對(duì)PTCDPP的光伏性能的影響。優(yōu)化基于PTCDPP的太陽(yáng)能電池器件FTO/TiO2/PTCDPP∶PCBM

3、/MoO3/Al的光電轉(zhuǎn)化效率，考慮PTCDPP∶PCBM質(zhì)量比，活性層的退火工藝，高沸點(diǎn)溶劑添加劑的使用等因素的影響發(fā)現(xiàn):最優(yōu)的器件效率是活性層PTCDPP∶PCBM(1∶4，w/w)用3％(v/v)1，8-二碘辛烷(DIO)的鄰二氯苯溶液成膜，80C退火后得到，器件參數(shù)為PCE=2.65％，Jsc=4.47 mA/cm2，Voc=0.80 V，F(xiàn)F=0.37。此系列聚合物的開(kāi)發(fā)針對(duì)空穴遷移率與吸收波譜難以均衡，從聚合物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上提出

4、了一種新的設(shè)計(jì)方法。
　　第三章以苯并三噻吩(BTT)為電子供體單元，和DPP，TTz，噻吩吡咯二酮(TPD)和二噻唑并[4，5-g]喹喔啉(DTBTQx)等電子受體單元交替共聚得到一系列光學(xué)帶寬1.20 eV～1.80 eV的窄帶隙聚合物PBTTDPP，PBTTTTz，PBTTTPD和PBTTDTBTQx，分析不同電子受體結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物帶隙、吸收光譜、能級(jí)排列的作用機(jī)制。應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT4083

5、(40 nm)/聚合物:PC71BM(80 nm)/Al(80nm)，考慮不同的聚合物/PC71BM質(zhì)量比，加入聚[（9，9-二辛基-2，7-芴）-并（9，9-雙（3'-(N，N-二甲氨基)丙基)-2，7-芴）](PFN）層等因素的優(yōu)化工藝，活性層PBTTTTz∶PC71BM(1∶1，w/w)沒(méi)有加PFN層的器件取得了PCE為1.38％，Jsc為5.46mA/cm2，Voc為0.51 V，F(xiàn)F為0.50的結(jié)果。上述光伏器件的優(yōu)化條件為B

6、TT基窄帶隙聚合物的器件優(yōu)化提供了一定的借鑒。
　　第四章以萘并二噻吩(NDT)單元和DPP，TTz，TPD和DTBTQx等受體單元采用直接芳基化聚合反應(yīng)的方法得到一系列的聚合物PNDTDPP，PNDTTTz，PNDTTPD和PNDTDTBTQx。此系列聚合物的光學(xué)帶寬在1.20 eV～1.80 eV，HOMO能級(jí)為-4.94 eV-5.28 eV，LUMO能級(jí)為-3.42eV～-3.77 eV，聚合物具有良好的溶解性和成膜性能，

7、希望能得到Jsc比較高的高性能太陽(yáng)能電池材料。目前基于這類聚合物的太陽(yáng)能電池器件檢測(cè)正在進(jìn)行中。
　　第五章中通過(guò)在雙溴代的苯環(huán)上閉環(huán)反應(yīng)得到4，8-二溴苯并呋喃[5，6-b]呋喃的中間產(chǎn)物，通過(guò)典型的鈀催化下金屬轉(zhuǎn)移的偶聯(lián)反應(yīng)如Suzuki，Still等反應(yīng)可以得到4，8位取代基修飾苯并二呋喃(BDF)單元，避免了以苯并二呋喃4，8-二酮作為中間產(chǎn)物，通過(guò)類似苯并二噻吩(BDT)衍生物的拓展方式帶來(lái)的限制。本章中以4，8-二溴苯

8、并呋喃[5，6-b]呋喃為中間產(chǎn)物合成了幾種BDF單元衍生物的電子供體:巰烷基取代BDF單元(BDF-S)，三異丙基硅炔基取代BDF單元(TIPSBDF)，烷基噻吩基取代BDF單元(BDFT)，巰烷基噻吩基取代BDF單元(BDFT-S)，并和電子受體單元DPP，TTz和DTBTQx等Still聚合得到了一系列的聚合物。分析不同電子受體單元以及不同給體單元對(duì)聚合物帶隙、吸收光譜、能級(jí)排列的作用機(jī)制。目前基于這類聚合物的太陽(yáng)能電池器件測(cè)試正