窄帶隙共軛聚合物的合成及其光電性能研究.pdf

1、自21世紀以來，由于化石能源的不斷消耗，能源枯竭、環(huán)境污染等問題日益嚴峻。尋找一種可代替化石能源的清潔能源勢在必行，于是科學(xué)家將目光投向于清潔的太陽能。從此，太陽能電池成為各領(lǐng)域的研究熱點。有機太陽能電池因低成本、輕柔、可印刷制備等優(yōu)點，具有重要的應(yīng)用前景。有機共軛材料作為一種新興的功能材料，由于其具有豐富的光、電、磁等功能特性，已在有機太陽能電池（OSCs）和有機場效應(yīng)晶體管（FETs）領(lǐng)域得到廣泛的研究。然而提高有機太陽能電池的光電

2、轉(zhuǎn)換效率，從而提高太陽能的利用率仍是人們努力的方向。通過設(shè)計并合成具有窄帶隙和較低的HOMO能級的有機共軛材料，優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)，改善材料的各項性能，是提高太陽能電池效率的主要方法。本論文圍繞新型共軛分子的設(shè)計、合成及其在有機場效應(yīng)晶體管和有機太陽能電池中的應(yīng)用展開研究工作，具體內(nèi)容如下：
　　1.成功設(shè)計并合成了一個以噻吩和噻唑作為橋聯(lián)基團的非對稱 DPP共軛聚合物。對其光電性能的研究發(fā)現(xiàn)，不對稱DPP聚合物具有較窄的帶隙，合適的H

3、OMO與LUMO能級（-5.48 eV與-4.03 eV），以及高的空穴遷移率（3.05 cm2 V-1 s-1）。將其作為電子給體應(yīng)用于太陽能電池中，能量轉(zhuǎn)換效率高達5.9％，顯示出較高的填充因子0.66與短路電流密度12.0 mA cm-2。通過對活性層形貌的研究發(fā)現(xiàn)，非對稱聚合物與PC71BM共混的薄膜中表現(xiàn)出大的相分離尺寸，導(dǎo)致其相對低的光電流。以上結(jié)果表明，通過將不同芳香基團連接在聚合物主鏈是調(diào)節(jié)能級，實現(xiàn)高性能有機光伏器件的

4、一種有效方法。
　　2.通過在苝酰亞胺分子（SdiPBI）中引入兩個氰基基團，成功設(shè)計并合成了一種具有低LUMO能級（-4.56 eV）的小分子受體材料（SdiCNPBI）。對其光電性能研究發(fā)現(xiàn)， SdiCNPBI分子在溶液和薄膜中具有相似的吸收光譜。由于強吸電子基團氰基的作用， SdiCNPBI的HOMO和LUMO能級顯著降低，分別為-6.59 eV和-4.56 eV。將該分子作為電子受體應(yīng)用于非富勒烯太陽能電池中，與不含氰基的