基于異靛藍(lán)及其衍生物的新型聚合物太陽(yáng)能電池材料的設(shè)計(jì)、合成及光伏性能研究.pdf

1、近年來(lái)，基于異靛藍(lán)及其衍生物的聚合物太陽(yáng)能電池（PSCs）引起國(guó)內(nèi)外廣大科研工作者的極大研究興趣；基于異靛藍(lán)及其衍生物的聚合物具有良好的紫外-可見(jiàn)（UV-vis）光譜吸收、較高的開(kāi)路電壓（Voc）和良好的空氣穩(wěn)定性；因此設(shè)計(jì)合成基于異靛藍(lán)及其衍生物的聚合物太陽(yáng)能電池材料具有重要意義。本論文設(shè)計(jì)合成一系列異靛藍(lán)及其衍生物，以其為電子受體單元(A)，苯并二噻吩和噻吩為電子給體單元（D），合成一些共軛聚合物，并對(duì)其光伏性能進(jìn)行研究。主要工作如

2、下：
　　1、設(shè)計(jì)合成單烷基取代異靛藍(lán)（IIDH），和苯并二噻吩（BDT）單元共聚得到聚合物 PBDTO-IIDH和 PBDTT-IIDH，光學(xué)能帶隙分別為1.56 eV（PBDTO-IIDH）和1.59 eV（PBDTT-IIDH）。采用倒置結(jié)構(gòu)器件測(cè)試，當(dāng)PBDTO-IIDH:PC61BM為1:1.5(w/w），經(jīng)退火處理后，光電轉(zhuǎn)化效率（PCE）為1.73%。
　　2、設(shè)計(jì)合成單噻吩連接兩個(gè)異靛藍(lán)的A-D-A型新電子受

3、體單元，與苯并二噻吩單元共聚得到含有一種電子受體單元（異靛藍(lán)）和兩種電子給體單元（噻吩和苯并二噻吩）的聚合物PBDTO-DIIDT和PBDTT-DIIDT，聚合物的最大吸收峰將近700 nm；采用倒置結(jié)構(gòu)器件測(cè)試，基于PBDTT-DIIDT的太陽(yáng)能電池的PCE為3.33%；設(shè)計(jì)合成此類型結(jié)構(gòu)的聚合物可以有效解決無(wú)規(guī)共聚物結(jié)構(gòu)難以準(zhǔn)確定義的問(wèn)題。
　　3、針對(duì)異靛藍(lán)的二面角問(wèn)題，設(shè)計(jì)合成以噻吩為內(nèi)核的異靛藍(lán)衍生物IIDT和IIDT8

4、，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬可知噻吩與吲哚酮環(huán)的二面角只有0.14°;以其為電子受體單元、BDT為電子給體單元合成聚合物 PBDTO-IIDT8、PBDTO-IIDT和PBDTT-IIDT,聚合物的UV-vis光譜吸收范圍為300 nm?750 nm；采用倒置結(jié)構(gòu)器件測(cè)試,基于PBDTO-IIDT8的PSCs的PCE為2.42%，而基于PBDTO-IIDT和PBDTT-IIDT的PSCs的PCE分別為1.33%和1.51%；。
　　4、為解決

5、異靛藍(lán)的二面角問(wèn)題，設(shè)計(jì)合成以丁二烯為內(nèi)核的異靛藍(lán)衍生物EBI，與苯并二噻吩單元共聚得到聚合物 PBDTO-EBI和 PBDTT-EBI，計(jì)算機(jī)模擬可知丁二烯與吲哚酮環(huán)的二面角只有0.18°，說(shuō)明 EBI平面性好；聚合物UV-vis光譜吸收范圍為300 nm?750 nm；PBDTO-EBI和PBDTT-EBI的HOMO都比較低，分別為-5.46 eV和-5.51 eV，有利于獲得較高的開(kāi)路電壓；采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)器件測(cè)試，基于PBDTO-E

6、BI的PSCs的PCE為3.00%，而基于PBDTT-EBI的PSCs的PCE達(dá)到4.59%，開(kāi)路電壓為0.94 V；設(shè)計(jì)合成以丁二烯為內(nèi)核的異靛藍(lán)衍生物可以有效解決異靛藍(lán)二面角問(wèn)題。
　　5、設(shè)計(jì)合成非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的新型電子受體單元 TEI，分別與單噻吩和苯并二噻吩單元共聚得到聚合物PT-TEI、PBDTO-TEI和PBDTT-TEI，在氯仿溶液中，聚合物UV-vis光譜吸收范圍為300 nm?800 nm，最大吸收峰分別為615

7、nm(ε=2.78×105 M-1cm-1),576 nm(ε=1.22×105 M-1cm-1)和581 nm(ε=1.75×105 M-1cm-1);計(jì)算機(jī)模擬可知噻吩和吲哚酮環(huán)的二面角為0.10°，說(shuō)明單體TEI平面性良好；采用倒置結(jié)構(gòu)器件測(cè)試，PC61BM作為受體材料，當(dāng)聚合物:PC61BM為1:2（w/w）時(shí)，PCE分別為6.96%、4.90%和4.22%；當(dāng)PT-TEI:PC61BM為1:1.5(w/w)，PCE高達(dá)7.32