含苯并噻二唑并二噻吩吡咯和异靛的新型共轭聚合物的合成及其光伏性能研究-有机化学专业论文.docxVIP

湘潭大学硕士论文 湘潭大学硕士论文 万方数据 万方数据 湘潭大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：刘勇 日期：2014 年 06 月 04 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：刘勇 日期： 2014 年 06 月 04 日 导师签名：沈平 日期： 2014 年 06 月 04 日 摘 要 本论文对聚合物太阳能电池 (PSCs) 的材料及器件的新近研究进展进行了 简要的综述。聚合物太阳能电池相对于传统的无机太阳能电池来说具有制备工艺 简单、造价低廉、可制成超薄和大面积柔性器件等优点，所以近 20 年来倍受人 们的关注。给体-受体 (D-A) 型共轭聚合物中的给、受体单元和给体-受体间的 π- 共轭桥对聚合物太阳能电池材料的光电性能都有重要影响。本文通过设计并合成 了 2 个系列基于苯并噻二唑并二噻吩吡咯和异靛的新型共轭聚合物太阳能电池 材料，研究了 D-A 共轭聚合物中不同受体和给体-受体间的不同 π-共轭桥对共聚 物的吸收光谱、前线分子轨道能级、电荷传输性能和光伏性能的影响。对所有中 间体和聚合物的结构进行了表征和确证。构筑了基于所合成共聚物的本体异质结 型太阳能电池器件，并研究了其光伏性能。主要研究内容如下: 1. 设计并合成了含DPBT、BDT和DPP单元的二元P1及三元共轭聚合物P2和 P3。重点研究了不同受体单元的引入及其比例的变化对共轭聚合物光伏性能的影 响。其中三元聚合物P3在400~830 nm间显示出宽带吸收特性。同时上述共聚物 也具有较好的热性能和溶解性，良好的热性能和溶解性有利于光伏器件的制备。 同时，随着共聚物中DPP的引入，它们的光伏性能逐渐提高，其中以P3的性能最 佳，其能量转换效率达到了4.31% (Jsc = 11.91 mA/cm2，Voc = 0.69 V，FF = 0.70%)。 2. 设计并合成了三个含异靛单元的共聚物材料PFT-I、PFB-I和PFTT-I。重点 研究了不同给体单元苯并二噻吩、噻吩和并噻吩及呋喃作为π-桥后对共聚物的光 物理、电化学、热稳定以及其光伏性能的影响。结果表明：异靛是一个具有一定 吸电子能力的受体单元，用呋喃作为π-桥后与不同的给体共聚，能够获得拥有较 高的开路电压的共聚物。同时，与不同给体单元共聚，可以对这类共聚物的吸收 光谱、能隙和分子能级进行有效调控。基于这类新型共聚物的本体异质结型PSCs 的光电转换效率为0.25%~1.46%。 关键词：聚合物太阳能电池；苯并噻二唑并二噻吩吡咯；异靛；合成；光伏性能 I Abstract The research progress of the materials and devices of polymer solar cells (PSCs) were summarized systematically. In recent years, PSCs have got more and more attention because they can be made into thin, low cost and large-area flexible devices and possess simple preparation process compared to conventional inorganic solar cells. In this dissertation, several series of donor-acceptor (D-A) conjugated polymers were designed and synthesized to investigate the effects of different acceptors and π-conjugated bridges between donor and acceptor units on absorption spectra, frontier molecular orbital energy levels, charge transport prope