低能帶隙、低HOMO能級的給-受體聚合物太陽能電池材料的設計、合成及光伏性能.pdf

1、聚合物太陽能電池具有重量輕、成本低、可大面積成膜、柔性以及性能可調控等優(yōu)點。共軛聚合物是聚合物太陽能電池的材料基礎，設計和合成綜合性能優(yōu)良的新型聚合物材料對提高聚合物太陽能電池性能和能量轉化效率具有非常重要的意義。本論文通過合成不同的給體單元和受體單元，合成了一系列新型的，尤其含有強吸電子內酰亞胺和內酰胺基團的低能帶隙聚合物，同時實現(xiàn)了材料的低能帶隙、低HOMO能級并研究了分子結構與材料光電性能的關系以及對光伏器件性能的影響，主要內容如

2、下：
　　 1.本論文第二章以3，4-乙撐二氧噻吩(EDOT)為電子給體單元，以喹啉胺和噻二唑喹啉胺為受體單元，合成了EDOT-喹啉胺和EDOT-噻二唑喹啉胺共軛聚合物，聚合物有良好的熱穩(wěn)定性。研究了聚合物的光物理性質、電化學性質以及光伏性能，以這些聚合物為給體材料，富勒烯衍生物PC61BM為受體材料，制備了本體異質結聚合物太陽能電池器件，能量轉化效率最高為0.6％，開路電壓為0.52 V，短路電流為3.24 mn/cm2。

3、r>　　 2.利用在受體單元上引入強吸電子基團來降低聚合物的HOMO能級，本論文第三章合成了一種含有強吸電子內酰亞胺基團的受體單元鄰苯二甲酰亞胺衍生物。以苯并[1，2-b：4，5-b’]二噻吩為給體單元，合成了新型共軛聚合物PBDTPh和PBDTPhBT。紫外可見吸收光譜表明聚合物在可見光部分有強的吸收峰，電化學測試表明聚合物有低的HOMO能級。以聚合物為給體材料，富勒烯衍生物PC71BM為受體材料，制備了本體異質結聚合物太陽能電池器

4、件，器件獲得了高的開路電壓，在0.89-0.93 V之間，能量轉化效率達到1.54％。
　　 3.為了拓寬聚合物在可見光部分的吸收，第四章的第一節(jié)設計合成了以二氧吡咯噻吩為受體單元，在受體單元上也含有強吸電子的內酰亞胺基團，目的是獲得低的HOMO能級和較高的開路電壓。以苯并[1，2-b：4，5-b’]二噻吩為給體單元，合成了新型共軛聚合物PBDTDPT1和PBDTDPT2。紫外可見吸收光譜表明新的聚合物與含鄰苯二甲酰亞胺的聚合物

5、相比有更寬的吸收峰，電化學研究表明聚合物PBDTDPT1和PBDTDPT2具有低的HOMO能級，分別達到-5.44和-5.42 eV。光伏器件測試結果證實，聚合物與PC71BM組成的本體異質結聚合物太陽能電池器件獲得了優(yōu)異的性能，開路電壓高達0.91-0.97 V。PBDTDPT1和PBDTDPT2與PC71BM組成的本體異質結聚合物太陽能電池器件經(jīng)初優(yōu)化后的短路電流分別為6.58和10.34 mA/cm2，能量轉化效率分別達到3.42

6、％和4.79％。
　　 4.由于在受體兩邊引入推電子單元一般會降低聚合物的能帶隙，第四章的第二節(jié)在PBDTDPT1和PBDTDPT2的基礎上，在二氧吡咯噻吩單元兩邊引入了推電子的3-烷基噻吩單元，仍然以苯并[1，2.b：4，5-b’]二噻吩為給體單元，合成了新型共軛聚合物PBDTTPT1和PBDTTPT2。同時將二氧吡咯噻吩單元上的大支鏈改成直鏈。研究結果顯示新的聚合物能帶隙下降并不明顯，由原來的1.84eV下降到了1.82和1

7、.78 eV。新的聚合物也具有比較好的光伏性能，開路電壓仍然高達0.90 V。PBDTTPT1和PBDTTPT2與PC71BM組成的本體異質結聚合物太陽能電池器件的能量轉化效率分別達到2.43％和2.68％。
　　 5.第五章設計合成了含另一種強吸電子基團內酰胺的單體異靛藍。分別以噻吩、噻吩并[2，3-b]噻吩和苯并[1，2-b：4，5-b’]二噻吩為給體單元，合成了一系列含異靛藍的聚合物，并研究了這些聚合物的光學、電化學以及光

8、伏性能。研究表明，異靛藍聚合物的吸收峰覆蓋整個可見光區(qū)域，同時聚合物具有較低的HOMO能級，合適的LUMO能級以及理想的光學能帶隙。以異靛藍的聚合物為給體材料，PC71BM為受體材料，制備了本體異質結聚合物太陽能電池器件，初步研究了光伏性能，能量轉化效率最高達到1.91％。
　　 6.第六章合成了另一種含強吸電子內酰胺基團的單體3.6-二烷基.2，5-二吡咯并[3，4-c]吡咯-1，4-二酮(DPP)作為受體單元，DPP單元本身