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侧链对d-A型共轭聚合物电子结构及热电性能影响的研究

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侧链对D-A型共轭聚合物电子结构及热电性能影响的研究

作者：高亦飞武汉工程大学

学位级别：硕士

热电材料可以通过塞贝克效应将热能直接转换为电能。相比于无机热电材料,有机热电材料具有机械柔性、重量轻、无毒等优势,在较低温度下即可达到最优热电性能,在智能穿戴等领域有很好的发展前景。通过掺杂高迁移率窄带隙给受体(d-A)共轭... 详细信息

热电材料可以通过塞贝克效应将热能直接转换为电能。相比于无机热电材料,有机热电材料具有机械柔性、重量轻、无毒等优势,在较低温度下即可达到最优热电性能,在智能穿戴等领域有很好的发展前景。通过掺杂高迁移率窄带隙给受体(d-A)共轭聚合物是开发高性能有机热电材料的一种有效途径。P型聚合物材料掺杂时失去电子被氧化,高的最高占据轨道(HOMO)有利于提高掺杂效率,与掺杂剂良好的混溶性则为后续加工和进一步优化性能奠定基础。因此,本文以噻吩基异靛青(TIIG)为电子受体,通过给体单元上连接不同侧链来调控材料的电子结构,设计并合成不同系列d-a共轭聚合物,使用两种常见的掺杂剂分别对这些聚合物进行掺杂,优化其热电性能且探究侧链结构在其中的影响。本论文主要工作如下:(1)合成含有不同侧链的联噻吩结构并与TIIG利用施蒂勒(Stille)偶联进行交替共聚得到三个窄带隙d-a共轭聚合物,使用Fe Cl和2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰二甲基对苯醌(F4TCNQ)分别对这些聚合物进行不同浓度掺杂并进行表征。结果表明,随着聚合物烷氧和醚氧侧链的引入,其HOMO能级逐渐上升,经过Fe Cl掺杂后侧链含氧的两个聚合物电导率提升速率更快,并在更低的掺杂浓度下达到最优热电性能。F4TCNQ掺杂时含氧侧链的两个聚合物表现出与掺杂剂的优良共混性和更平整的表面形貌,醚氧侧链取代的聚合物PTIIG-BT2EGOMe在40%摩尔比F4TCNQ掺杂浓度下得到本研究中最优功率因数5.0μW m K。(2)合成含有不同共轭长度侧链的苯并二噻吩(BdT)衍生物,与TIIG交替共聚得到两个新型窄带隙二维d-a共轭聚合物(PTIIG-BdT-TO及PTIIG-BdT-T-TO),随后同样用Fe Cl和F4TCNQ对其分别掺杂并进行表征。尽管两个聚合物具有强烈的平面刚性结构,在很多溶剂中仍表现出良好的溶解性,经过12 m M浓度Fe Cl掺杂后分别达到最优功率因数0.22和0.18μW m K。

关键词：有机热电材料掺杂迁移率 d-a共轭聚合物侧链

d-A型共轭聚合物设计、合成及光电性能研究

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D-A型共轭聚合物设计、合成及光电性能研究

作者：竹芯苏州大学

学位级别：硕士

在有机半导体材料的发展进程中,聚合物半导体材料是一种同时结合了无机半导体光电性能和高分子材料便于设计和合成等优点的新型半导体材料,因此,目前聚合物半导体材料的设计与合成备受关注。对于d-a共轭聚合物,通过合理的设计吸电子基... 详细信息

在有机半导体材料的发展进程中,聚合物半导体材料是一种同时结合了无机半导体光电性能和高分子材料便于设计和合成等优点的新型半导体材料,因此,目前聚合物半导体材料的设计与合成备受关注。对于d-a共轭聚合物,通过合理的设计吸电子基团和给电子基团,可以有效的调控分子的能级和电子云分布等,提升材料的物化和器件性能。因此,本论文着眼于共轭聚合物分子的设计与合成,并系统的表征聚合物材料的光学、电化学和热稳定性等材料性能,并将共轭聚合物材料制备成有机太阳能电池和有机场效应晶体管器件,研究共轭聚合物的光伏性能和载流子传输性能。本论文的主要工作包括设计并合成三个系列的共辄聚合物材料并制备成相应的器件,以研究不同骨架结构和侧链结构对光伏性能和载流子性能的影响。首先本论文设计并合成了含5,6-二氟苯并噻二唑（BT）为聚合物受体单元,以不同的杂环单元（噻吩和硒吩）与中心苯环相连共同作为给体单元的d-a共轭聚合物材料PBT2F-TT-a、PBT2F-TT和PBT2F-Se。三个聚合物在可见光范围内均有较强的吸收,有助于提升器件的光电转换效率（PCE）。以PC71BM为受体制备的本体异质结太阳能电池器件中,通过AFM、TEM、ACIS、SCLC方法系统研究了溶剂添加剂二苯醚（dPE）对三个聚合物材料制备的器件性能的影响。dPE的加入使三个器件的性能均有所提高,其中聚合物PBT2F-Se的PCE由3.01%提升至4.18%,提升近40%。同时SCLC实验数据揭示平衡的载流子迁移率能有效的促进器件性能的提升。然后设计并合成了以吡咯并吡咯二酮（dPP）为受体,吲哚并吲哚（IdId）为给体的d-a共轭聚合物PdPP20和PdPP32,改变两个聚合物的侧链长度以及侧链节点距离骨架的位置,借此研究侧链变化对聚合物载流子迁移率的影响。研究发现侧链的改变对材料的光学和电化学性质影响较小。进一步将聚合物材料制备成有机场效应晶体管以探讨侧链的变化对载流子性能,结果表明两个聚合物的载流子迁移率一般,均为～10-3cm2V-1s-1。最后我们设计并合成了以异靛蓝（IG）和异靛蓝衍生物—噻吩异靛蓝（TIIG）为受体和含氟噻吩作为给体的d-a共轭聚合物PTIIG和PFIIG。目前完成了材料相应的光学、热稳定性等相关性能的表征。聚合物PTIIG受体结构中噻吩单元的引入,有效地促进光学带隙变窄。两个聚合物的光电性能仍在进一步研究中。

关键词： d-a共轭聚合物有机太阳能电池有机场效应晶体管光电性能

新型d-A有机共轭聚合物给体材料的合成及太阳能电池性能研究

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新型D-A有机共轭聚合物给体材料的合成及太阳能电池性能研究

作者：孔瑞陕西师范大学

学位级别：硕士

随着社会的发展能源短缺、环境污染等问题越来越严重,人们对绿色可再生能源的需求日益俱增。太阳能作为绿色无污染、可再生的能源受到人们的关注,所以近几十年来太阳能电池聚集了众多科学家的目光。而有机太阳能电池由于其质轻、价廉、... 详细信息

随着社会的发展能源短缺、环境污染等问题越来越严重,人们对绿色可再生能源的需求日益俱增。太阳能作为绿色无污染、可再生的能源受到人们的关注,所以近几十年来太阳能电池聚集了众多科学家的目光。而有机太阳能电池由于其质轻、价廉、柔性、可溶液加工等优点,受到国内外的广泛关注。现有文献报道的单节有机太阳能电池的最高效率已经突破了 12%。但是要实现有机太阳能电池的商业应用还面临诸多挑战,不仅要考虑器件的稳定性与优化,更重要的是新型高性能有机聚合物太阳能电池材料的设计与合成。本论文主要根据本体异质结有机太阳能电池给/受体材料的已有研究成果开展的研究工作。设计合成了三个系列的d-A型有机共轭聚合物给体材料,并研究了聚合物的热稳定性、光物理性能、电化学性能及光伏性能。主要研究内容包括以下三个方面:1.以烷氧基苯为电子给体单元、双氟联噻吩为电子受体单元合成了 d-A型共轭聚合物给体材料POPHF2T。研究表明,聚合物POPHF2T属于宽带隙给体材料,其带隙约为2.1 eV,比P3HT的带隙更宽。由于聚合物POPHF2T的LUMO能级太高,较难找到与之匹配的受体材料,但是宽带隙的给体材料是制备叠层电池、多组份电池的优选材料。基于POPHF2T/PC71BM体系的正式太阳能电池的能量转化效率为4.47%。2.设计合成了两个中等带隙的d-a共轭聚合物给体材料PSTTF2T、POTTF2T,研究了烷硫侧链、烷氧侧链对聚合物光伏性能的影响。研究发现含有烷硫侧链的聚合物PSTTF2T的HOMO能级更低、空穴迁移率更高,光伏性能效果更好,这主要是因为硫硫之间的非共价键作用大于硫氧之间的非共价键作用。基于POTTF2T/PC71BM体系和POTTF2T/ITIC体系的反式太阳能电池的能量转化效率分别为1.93%和1.69%。而基于PSTTF2T/PC71BM体系和PSTTF2T/I/IC体系的反式太阳能电池的能量转换效率分别为4.73%和5.22%。3.设计合成了四个基于苯并二噻吩二酮单元与萘并噻吩二酮单元的窄带隙d-a共轭聚合物给体材料P1、P2、P3、P4。研究发现含苯并二噻吩二酮的聚合物比萘并噻吩二酮的吸收更宽,光伏性能更好。其主要原因是苯并二噻吩二酮的醌式结构比萘并噻吩二酮的更稳定,有利于拓宽聚合物吸收,苯并[1,2-c:4,5-c’]二噻吩二酮(Bdd)比苯并[1,2-b:4,5-c’]二噻吩二酮(BdTd)的分子规整性更好,有利于载流子的迁移,因此其光伏性能更好。另外,侧链从直链改为支链有利于增加聚合物的溶解性和分子的规整性,有利于提高聚合物的光伏性能。基于聚合物P1、P2、P3、P4和受体PC71BM的反式太阳能电池的能量转换效率分别为4.83%、5.72%、4.23%和 4.41%。

关键词：有机太阳能电池给体 d-a共轭聚合物能量转换效率

可绿色溶剂加工的d-a共轭聚合物的制备及性能研究

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可绿色溶剂加工的D-A共轭聚合物的制备及性能研究

作者：翟悦晖长春工业大学

学位级别：硕士

给体-受体（d-A）共轭聚合物具有能带隙窄、光谱吸收范围宽、吸光能力强以及载流子迁移率高等特点,因此其在有机太阳能电池、电致变色、有机电化学晶体管、有机场效应晶体管等有机光电领域中备受关注。然而高度共轭的主链结构往往导致d-... 详细信息

给体-受体（d-A）共轭聚合物具有能带隙窄、光谱吸收范围宽、吸光能力强以及载流子迁移率高等特点,因此其在有机太阳能电池、电致变色、有机电化学晶体管、有机场效应晶体管等有机光电领域中备受关注。然而高度共轭的主链结构往往导致d-a共轭聚合物溶解性不够理想,难以采用操作简便的溶剂加工方法（旋涂、刮涂、喷涂等）进行相应的基础研究和应用拓展。在这一背景下,以增加溶解性为目的开展共轭聚合物“侧链工程”研究是解决这一问题的有效方法。通过该方法,大量高性能d-a共轭聚合物得到开发和应用,尤其是在有机太阳能电池领域中。目前,已报道的高性能d-a共轭聚合物主要采用非极性烷烃作为侧链结构,在高沸点的卤代溶剂或无卤芳烃溶剂中展现出良好的溶解性,并且能够通过卤代溶剂或无卤芳烃溶剂制备得到与其相应的高光电转换效率（PCE）有机太阳能电池。随着研究不断深入,近年来基于d-a共轭聚合物制备的有机太阳能电池光电转换效率不断攀升,人们对有机太阳能电池的大规模商业化生产的需求日益迫切。在此背景下,一旦使用卤代溶剂或无卤芳烃等毒性大的溶剂进行有机太阳能电池的大规模商业化生产,不仅会对人类健康造成危害,同时也给生态环境带来巨大破坏。另外,卤代溶剂和无卤芳烃溶剂的生产和管理成本较高,它们的大量使用也会提高器件的制造成本。针对上述难题,科学家们提出一种可行的解决策略,即通过在d-a共轭聚合物的侧链引入大极性基团或链段结构,增加聚合物在更加绿色环保的极性或无卤非芳烃溶剂中的溶解性,从而实现以水、醇等绿色溶剂完成有机太阳能电池制备的理想产业化生产方式。目前,该方向的研究工作已经开展,并成为该领域的重要研究方向之一。在本论文中,我们选用高极性、高亲水性的低聚乙二醇（OEG）链对高性能的dA（苯并二噻吩-异靛青结构和萘二酰亚胺-联二噻吩结构）共轭聚合物进行侧链修饰,成功制备出一系列含OEG侧链的P型窄带隙共轭聚合物（PBdT-ISO）和一种含OEG侧链N型窄带隙共轭聚合物（PNdI2020）。由于OEG侧链的成功引入,PBdT-ISO能够溶解于2-甲基四氢呋喃、甲氧基环戊烷、柠檬烯等绿色溶剂,PNdI2020不但能够溶解于上述绿色溶剂中,也在水-醇混合溶剂中表现出令人满意的溶解特性。经进一步的表征测试发现:两种聚合物都在绿色溶剂加工方面展现出的令人期待的巨大潜力。本论文的研究工作主要包含以下两部分:（1）设计并合成了一系列含有不同长度OEG侧链的新型苯并二噻吩-异靛青类P型共轭聚合物PBdT-ISO,并对所有聚合物材料进行了充分的结构表征和基础性能研究。溶解性测试结果表明,OEG侧链的存在使得PBdT-ISO能够溶于无卤非芳烃类（2-甲基四氢呋喃、柠檬烯等）绿色溶剂中。除此之外,通过对OEG侧链长度进行调节可以改变PBdT-ISO的热学性质、光学性质（光谱吸收范围、吸光强度、光学带隙等）和电化学性质（HOMO/LUMO能级、起始氧化/还原电位等）。这对PBdTISO在有机光电领域尤其是有机太阳能电池领域中的应用尤其重要。（2）设计并合成了一种含有支化OEG侧链的新型萘二酰亚胺-联二噻吩类N型共轭聚合物PNdI2020,并对聚合物材料进行了充分的结构表征和基础性能研究。溶解性测试结果表明,PNdI2020除在四氢呋喃、甲基四氢呋喃、甲氧基环戊烷、柠檬烯等绿色溶剂中具有优异的溶解性外,在水-乙醇混合溶剂中也展现出出色的溶解性。光学性能测试结果表明,由于支化OEG侧链的空间位阻效应使得PNdI2020在薄膜状态下分子主链结构的平面性和分子链内/链间的堆叠状态发生变化。因此PNdI2020具有较宽的光学带隙和较深的HOMO/LUMO能级。总之,本论文的工作不但拓展了“可绿色溶剂加工的有机太阳能电池共轭聚合物材料”种类,也为该领域在“材料设计合成方面”提供了极具参考价值的合成经验和研究结果。

关键词：低聚乙二醇侧链 d-a共轭聚合物绿色溶剂加工有机太阳能电池材料

d-A型共轭聚合物的功能化修饰及其增强光催化制氢性能研究

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D-A型共轭聚合物的功能化修饰及其增强光催化制氢性能研究

作者：陈博华中农业大学

学位级别：硕士

太阳能光催化裂解水制氢是当前能源研究领域的热点。相比无机半导体,d-A共轭多孔聚合物具有结构、能带易调节,光谱响应范围广,易功能化等显著特点,近年来受到研究者的青睐。其中,基于苯并噻二唑的共轭聚合物表现出较高的光催化制氢性能... 详细信息

太阳能光催化裂解水制氢是当前能源研究领域的热点。相比无机半导体,d-A共轭多孔聚合物具有结构、能带易调节,光谱响应范围广,易功能化等显著特点,近年来受到研究者的青睐。其中,基于苯并噻二唑的共轭聚合物表现出较高的光催化制氢性能,本课题组前期研究结果表明苯并噻二唑5、6位同时具有给电子的甲氧基和吸电子氟有利于增强活性位点和质子耦合电子转移(PCET)作用。本论文在此工作基础上,对相应聚合物进行功能化修饰,调节材料的光吸收,能级位置,电子传输效率,从而制备更为高效的光催化剂。主要研究内容如下:(1)利用甲醇功能化修饰聚合物BBTFF使其主干结构上受体单元其中一个氟被甲氧基取代得到BBTFF-C1O1,同样方法制备了BBTFF-C2O1、BBTFF-C4O1与BBTFF-C8O1。FTIR、XPS、固体C-CP/MAS NMR等表征证明了材料功能化修饰成功,BBTFF-C1O1产氢速率为291.0μmol/h/30mg,与直接聚合法相当,印证了这种功能化修饰方法的可行性。烷基侧链可以降低带隙,增强制氢性能。但更长的烷基链对产氢活性有所不利,归因于烷基链的疏水性质。(2)为改善疏水型烷基侧链带来的不利影响,将亲水型侧链引入BBTFF中用于增强催化剂与水之间的界面作用。接触角实验表明材料接触角由91.1°降为27.3°,更好的界面效应,加速了载流子的分离和传输。BBTFF-C8O5同时具有最佳亲水性能和光催化制氢性能,达到311.1μmol/h/30mg,是原聚合物BBTFF的2.46倍,AQY值为2.39%。结果表明在增强材料的光吸收和降低载流子复合以及减小带隙等方面,亲水型侧链均发挥了作用,协同提升了材料的光催化制氢性能。(3)苯并噻二唑单元引入吸电子的氟是构建“弱d强A”型聚合物的一种典型示例。亚砜吸电性更强,适用于“弱d强A”的构建。对聚合物BBTF功能化修饰在其主干结构中引入甲硫基,经可控氧化获得亚砜结构聚合物BBTSOCH3,其产氢速率为280.0μmol/h/30mg,是BBTF的1.80倍。光致发光(PL)结果表明亚砜结构的引入显著降低了载流子复合,且亚砜基团具有一定亲水性,更好的界面作用对制氢活性也有一定提升。系列材料产氢实验结果证明这种策略具有一定参考价值。

关键词： d-a共轭聚合物功能化修饰光催化产氢载流子分离

氮杂取代的d-A线性共轭聚合物的合成及光催化制氢性能研究

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氮杂取代的D-A线性共轭聚合物的合成及光催化制氢性能研究

作者：陈瑞锟合肥工业大学

学位级别：硕士

供体-受体(d-A)共轭聚合物由于杰出的光捕获能力和良好的激子分离效率已成为高性能有机半导体光催化剂的优秀候选者。尽管已经逐渐报道了许多成功的d-a共轭聚合物光催化制氢的工作,然而,鉴于有机分子的种类繁多,尚需探索选择d-A共轭聚... 详细信息

供体-受体(d-A)共轭聚合物由于杰出的光捕获能力和良好的激子分离效率已成为高性能有机半导体光催化剂的优秀候选者。尽管已经逐渐报道了许多成功的d-a共轭聚合物光催化制氢的工作,然而,鉴于有机分子的种类繁多,尚需探索选择d-a共轭聚合物的有效供体、受体以增强光催化制氢性能。二苯并噻吩砜(FSO)由于出色的平面结构和强大的吸电子能力,可以用作构建高效聚合物光催化剂的受体单元。本文以FSO为受体,顺序氮杂取代的噻吩-苯基-噻吩为供体,设计并合成了六种d-a共轭聚合物并研究了在光照下的光催化制氢性能。实验内容与结果如下:(1)通过在给体单元上引入不同数目(0,1,2,4)的电负性氮原子,合成了四种不同氮取代数目的d-a共轭聚合物(FSO-TPh T,FSO-TPd T,FSO-TPa T和FSO-TTz T)。噻吩桥的引入通过扩展的π共轭有效地改善了聚合物的光吸收;氮杂取代通过形成分子内非共价相互作用显著地增强了聚合物骨架的平面结构。聚合物FSO-TPd T表现出优异的光催化性能,在广谱照射和可见光照射下的析氢速率(HER)分别为8950和7388μmol g h,在420 nm和500 nm处的表观量子产率(AQY)分别为8.34%和5.37%。(2)针对噻吩-哒嗪-噻吩(d)和二苯并噻吩砜(A)组成的d-a共轭聚合物FSO-TPa T,通过改变供体单元上的氮取代位置得到了两种新的同分异构体:噻吩-嘧啶-噻吩(TPm T)和噻吩-吡嗪-噻吩(TPz T),构筑了三种具有不同氮取代位置的d-a共轭聚合物(FSO-TPa T,FSO-TPm T和FSO-TPz T)。研究发现氮取代位置的改变显著地影响聚合物的光催化制氢活性。聚合物FSO-TPm T在全辐照射和可见光照射下的HER分别为7645和7280μmol g h,在420 nm和500 nm处的AQY分别为5.86%和3.85%,相比较于邻位取代和对位取代的聚合物FSO-TPa T和FSO-TPz T,FSO-TPm T的析氢速率分别提升了28倍和108倍。

关键词：光催化制氢 d-a共轭聚合物氮杂取代表观量子产率

基于氟代苯并噻（硒）二唑的新型d-a共轭聚合物的合成和光伏性质

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基于氟代苯并噻（硒）二唑的新型D-A共轭聚合物的合成和光伏性质

新型的d-A型共轭聚合物给体和受体的合成以及光伏性能研究

2013年全国高分子学术论文报告会

作者：沈平宾海军李永舫中国科学院化学研究所

＜正＞聚合物太阳能电池（PSCs）由于具有重量轻、制备工艺简单、材料的性质可通过化学结构调控等优点,成为当前光电材料领域的研究热点和焦点。目前其能量转换效率已超过10%。由给电子单元（d）和受电子单元（A）构筑的d-A型共轭聚合... 详细信息

＜正＞聚合物太阳能电池（PSCs）由于具有重量轻、制备工艺简单、材料的性质可通过化学结构调控等优点,成为当前光电材料领域的研究热点和焦点。目前其能量转换效率已超过10%。由给电子单元（d）和受电子单元（A）构筑的d-A型共轭聚合物是获得高效PSCs材料最有

关键词：聚合物太阳能电池氟代苯并硒二唑 d-a共轭聚合物光伏性质

来源： cnki会议评论

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新型的D-A型共轭聚合物给体和受体的合成以及光伏性能研究

d-A型窄带隙共轭聚合物的合成及其光伏性能研究

第五届新型太阳能电池学术研讨会

作者：秦元成李伟庭何安旺顾慧慧周玉炳刘书强李曼曼南昌航空大学

本文介绍了最近设计合成多种新型的d-A型共轭聚合物给体和受体,通过研究它们的活性层形貌,聚合物的极化率以提高有机光伏性能。以2,1,3-苯并噻二唑(BT)作为受体单元,吲哚和苯并二噻吩(BdT)作为d-A共聚物中具有不同比例的BT和吲哚的电子... 详细信息

本文介绍了最近设计合成多种新型的d-A型共轭聚合物给体和受体,通过研究它们的活性层形貌,聚合物的极化率以提高有机光伏性能。以2,1,3-苯并噻二唑(BT)作为受体单元,吲哚和苯并二噻吩(BdT)作为d-A共聚物中具有不同比例的BT和吲哚的电子受体。单体的比例不仅影响电化学结构,还影响PL寿命。结果表明,PL的寿命随着BT的增加而明显改变。具有长PL寿命和出色电荷转移能力的聚合物展现出混合太阳能电池的高功率转换效率。以苝二酰亚胺(PdI)和萘二酰亚胺(NdI)为共轭聚合物的给体单元,以二噻吩并噻唑和二噻吩并吡咯为共轭聚合物吸电子单元合成受体聚合物。并合成两种新型的给体聚合物,以此制备非富勒烯太阳电池器件。通过计算聚合物重复单元的偶极矩变化,当比较受体聚合物的偶极矩和极化率时,观察到当偶极矩减小时,极化率变大。以用氟化的苯并噻二唑为给电子基团,二噻吩并吡咯和二噻吩并噻咯为吸电子基团合成四种新型的给体聚合物,以PCBM受体制备有机太阳能电池器件,利用极化率研究给体和受体中极化率对于电荷分离的影响。

关键词： d-a共轭聚合物极化率荧光寿命

来源： cnki会议评论

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D-A型窄带隙共轭聚合物的合成及其光伏性能研究

作者：罗联源福建师范大学

学位级别：硕士

太阳能以近乎无穷的储量和干净环保等优点,成为解决全球能源短缺问题的重要途径之一。太阳能电池可将太阳能转换为电能的特性,令其成为关注和研究的热点。太阳能电池可分为无机和有机两大类。无机太阳能电池(硅基为主)经过长期的发展,... 详细信息

太阳能以近乎无穷的储量和干净环保等优点,成为解决全球能源短缺问题的重要途径之一。太阳能电池可将太阳能转换为电能的特性,令其成为关注和研究的热点。太阳能电池可分为无机和有机两大类。无机太阳能电池(硅基为主)经过长期的发展,较高的光电转换效率(power conversion efficiency, PCE)和商业化应用令其占据绝大部分太阳能电池市场份额。不过成本高昂、工艺复杂、污染环境等缺点令无机太阳能电池的瓶颈初步显现。有别于无机太阳能电池,有机聚合物太阳能电池(polymer solar cells, PSCs)成本低廉、可塑性、可大面积成膜和环境友好等优点成为新的研究方向。经过一段时期的技术和经验积累,迄今PSCs效率已超过10%,虽已达到商业化要求,但是PSCs的稳定性依然亟待提升。以经典的聚噻吩类衍生物作为活性层的PSCs的PCE已越过5%,带隙2.0 eV左右,吸收波长在650 nm以下的太阳光,而太阳光中相当大的一部分能量集中在700 nm左右,这就浪费了太阳光中近红外和红外部分的能量。降低带隙可以让聚合物对太阳光的吸收波长红移,合成d-A型共轭聚合物效果显著。给体(donor, d)和受体(Acceptor, A)单元的推拉电子效应,使BLA值(Bond length alternation, BLA)显著降低。依据分子轨道杂化理论的阐述：原分子轨道上电子重新分配到聚合物杂化分子轨道上,得到一个更高的HOMO能级和一个更低的LUMO能级,由此降低了聚合物的带隙。d-A型共轭聚合物的带隙降低与给-受体单元的推拉电子作用的强弱关系紧密,因此给受体单元的选择成为调控带隙的关键本文绪论以时间为主线综述了PSCs部分给体材料的发展历程及各自优缺点,设计并合成了以苯并[1,2：4,，5-b’]二噻吩(benzodithiophene, BdT)、芴(fluorene)、咔唑(carbazole)作为给体单元,苯并吡嗪(TQx)、吠喃吡咯并吡咯二酮和噻吩吡咯并吡咯二酮(diketopyrrolopyrrole, dPP)作为受体单元共5种窄带隙共轭聚合物P1、P2、P3、P4、P5。聚合物P1、P2和P3以BdT的衍生物作为给体单元通过Stille偶联聚合得到,P4和P5分别以芴和咔唑作为给体单元通过直接芳基化方法聚合得到。本论文采用红外吸收光谱(IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)、凝胶液相渗透色谱(GPC)表征聚合物的结构和分子量及其分布指数,通过热重(TGA)、差示扫描量热法(dSC)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、荧光发射光谱(PL)和循环伏安曲线(CV)等测试聚合物的热稳定性、光学性能以及电化学性能。以P1-P5作为给体材料,制作了聚合物太阳能电池器件。并对器件的工艺进行了探索和优化。

关键词： d-a共轭聚合物聚合物太阳能电池苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩 1,4-二酮吡咯并吡咯