基于不同桥环的含氟苯并噻二唑基团的D-A共聚物的光伏性能及形貌研究

摘要

聚合物太阳能电池由于具有质量轻且制备成本比较低，可溶液加工处理，可在柔性基底上大规模制造等优点，因而受到了广泛关注。但是相对于无机太阳能电池而言较低的的光电转换效率仍然限制其商业化应用。为了制备高效率的聚合物太阳能电池，必须设计合成新型的理想聚合物，具备带隙窄、吸收宽、空穴迁移率高，分子能级适合，形貌好等特性。而构建由共轭的电子给体单元和共轭的电子受体单元交替而成的D-A共聚物是拓宽光谱响应范围、调控能级的一种有效方法。另外，在D-A共轭聚合物主链上引入芳香稠环基团，可增大主链的π-π共轭长度，增强聚合物链间的相互作用，是降低带隙、调控能级的一种有效方法。
　　在本文中，我们以烷基噻吩取代的苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(TBDT)为给体单元，以具有强吸电子能力的ffBT作为受体单元，同时主链上引入四个重复的呋喃或噻吩桥环，合成三种新型的D-A共聚物: PTBDT-ffBT-FT12、PTBDT-ffBT-TT12和PTBDT-ffBT-T12T。对这些聚合物的光电性能和形貌进行了研究，并且对分子主链结构的不同及烷基取代基位置的不同对聚合物分子能级、带隙及分子堆叠等的影响进行了探究。三种聚合物在300-800 nm范围内均具有很好的吸光性，通过噻吩和呋喃桥连基团的引入，以及氟原子的作用，可以很好的调控聚合物的能级及带隙。三种聚合物中，以PTBDT-ffBT-T12T/PC61BM为活性层的器件取得了最高的效率2.1％。共聚物/PC61BM混合物薄膜的形貌很差是器件效率低的主要原因。因此在分子主链上增加桥连基团以延长π共轭长度、调控带隙及能级的同时，要考虑分子几何构型的变化对聚合物光电性能的影响，同时也不能忽略烷基取代基的空间位阻效应对聚合物形貌、能级的影响。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 聚合物太阳能电池简介

1.3 聚合物太阳能电池活性层材料的分子设计

1.4 本课题提出的意义和研究内容

第2章 基于含氟苯并噻二唑基团及不同桥连环的D-A共聚物的合成及其结构表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 材料的合成

2.4 结构表征

2.5 热稳定性

第3章 基于含氟苯并噻二唑基团及不同桥连环的D-A共聚物的光伏性能及形貌的研究

3.1 光学性能

3.2 电化学性能

3.3 光伏性能

3.4 微观形貌

第4章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果