基于苯并噻二唑与苯并二噻吩的有机光伏材料的合成及性能研究

摘要

为了改善光敏材料的吸收光谱，使其更好的与太阳光匹配、并调控其HOMO-LUMO能级、提高其空穴迁移率，我们设计合成了一系列含苯并噻二唑的侧链聚合物及小分子光伏材料，并系统介绍了有机太阳能电池光敏材料的研究进展。我们利用核磁共振、飞行质谱、红外光谱等分析手段对合成的目标物质的结构进行了表征及确认，并利用热失重、紫外和荧光光谱、循环伏安等测试讨论了目标聚合物及小分子的热性能、光物理性能、电化学性能及其基于这些目标化合物的本体异质结太阳能电池的光伏性能，主要结果如下：
　　1.设计并通过Stille偶联聚合反应合成了三种新型的含不同共轭侧链的苯并二噻吩-噻吩共轭聚合物PT-TPA、PT-DTBT和PT-DTBTTPA。为了改善聚合物的空穴迁移能力以及拓宽其吸收光谱，我们引入了TPA和DTBT单元。场效应结果表明，侧链含有TPA及DTBT基团的共聚物PT-DTBTTPA具有最高的空穴迁移率。这三个共聚物均表现出低的HOMO能级，且能通过改变侧基有效地进行调控。基于PT-DTBT和PT-DTBTTPA的本体异质结太阳能电池显示了较高的光电能量转换效率，分别为4.18％和3.49%。
　　2.设计并合成了四种以2-异辛氧基和2-异辛硫基取代的BDT基元及DTBT为吸电子单元的低能隙A-D-A结构的有机小分子化合物（L1-L4）。我们详细地研究了这些目标分子的热性能、光物理性能、电化学性能及其光伏性能。这些小分子在350-700nm处都有较强的光谱吸收，且其HOMO能级均较低（在-5.21至-5.37eV之间）。L4中的BDT单元用2-异辛硫基取代，基于它的太阳能电池有最大的开路电压（0.68V）。以L1/PC61BM（1:2,w/w）制作的本体异质结太阳能电池，因其拥有最宽的紫外吸收光谱和最大的摩尔消光系数，获得了最高的能量转换效率。

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第1章 文献综述

1.1 研究背景

1.2 聚合物及小分子太阳能电池的研究进展

1.3 聚合物及小分子太阳能电池材料

1.4 论文的设计思想与研究内容

第2章 侧链含三苯胺和苯并噻二唑的共轭聚合物的合成及其光伏性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 基于苯并二噻吩和苯并噻二唑的A-D-A型小分子的合成及其光伏性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 试剂、药品及其纯化方法

附录B 仪器及测试条件和方法

攻读硕士学位期间发表论文情况