低能隙聚合物太陽電池材料的設計合成與性質(zhì)研究.pdf

1、隨著地球能源的緊缺和人們環(huán)保意識的加強，人們紛紛將目光投向了太陽能這一清潔能源上。而聚合物太陽電池因其低廉的成本、易大面積加工和制作、清潔安全，而成為當今國際社會研究關注的熱點。本文綜述了聚合物太陽電池的原理、結構和發(fā)展現(xiàn)狀。多數(shù)聚合物由于其寬的能隙使其吸收與太陽光譜不匹配，加上低的載流子遷移率限制了其在太陽電池上的應用。本文設計并合成了一系列主鏈含烷基芴．芴酮衍生物、烷基芴．苯并噻唑方酸菁、二伯啶苯衍生物-方酸、芴乙烯撐吡咯衍生物-方

2、酸等四大類九種新型的聚合物，并對其熱穩(wěn)定性、光吸收性質(zhì)以及光伏性質(zhì)進行了系統(tǒng)的研究。 在聚烷基芴的主鏈上引入芴酮基和芴亞甲基二腈基作為電子受體，而利用烷基芴與噻吩基作為電子給體縮形成的主鏈電子給體．受體體系交替單元，合成了一系列低能隙的聚合物PBTOF和PBTCNF。噻吩的引入增強了電子給電能力，并有助于增加聚合物共軛度，并使吸收紅移。在結構中加入長鏈．十二烷基能充分改善聚合物的溶解性能。目標聚合物都有良好的熱穩(wěn)定性。通過紫外-

3、可見分析和電化學分析表明，聚合物PBTOF和PBTCNF相對于聚芴而言，吸收明顯地紅移到了可見光區(qū)，在300-700nm范圍內(nèi)。聚合物PBTOF和PBTCNF也表現(xiàn)出較低的能隙，分別為1.94eV和1.86eV。將聚合物PBTCNF應用到聚合物太陽電池中，跟PCBM摻混形成光活化層，得到的光伏器件表現(xiàn)出開路電壓為0.75V，短路電流為0.079mA/cm<'2>，填充因子為0.258，最大能量轉換效率為0.016％。 將含苯并噻

4、唑與方酸形成的方酸菁給體．受體體系，通過Suzuki偶聯(lián)將其鍵合到聚烷基芴主鏈中，合成了一系列低能隙的聚合物PFSQM和PFSQD。在單體合成中還首次采用了微波方法制備長鏈苯并噻唑，使其改善了方酸菁染料的溶解性能。目標聚合物都有良好的熱穩(wěn)定性。通過紫外．可見分析和電化學分析表明，聚合物PFSQM和PFSQD吸收范圍在300-850nm，分別表現(xiàn)出較低的能隙1.46eV和1.52eV。 用一種新型的縮聚的方法合成了一系列對萘二胺基

5、苯衍生物與方酸的縮聚物PDNPS1和PDNPS2，得到了共軛度更好的導電高分子材料。目標聚合物都有良好的熱穩(wěn)定性。其吸收延伸到近紅外區(qū)，在400-900nm范圍內(nèi)。表現(xiàn)出更低的能隙1.28eV和1.32eV。 將芴乙烯撐吡咯衍生物以及苯乙烯撐吡咯衍生物與方酸縮聚，制備了一系列高共軛度的導電高分子材料PFVPyS1，PFVPyS2和PFVPyS3。目標聚合物都有良好的熱穩(wěn)定性。其吸收以及紅移到了1100nm區(qū)域，能較好地覆蓋整個太