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含低聚乙二醇侧链D-A型共轭聚合物的设计、合成及光电性能研究

齐诗英  
【摘要】:近年来,D-A(给体-受体)型共轭聚合物在聚合物太阳能电池(PSCs)领域具有广泛应用。聚合物太阳能电池可通过光生伏特效应将太阳能转化为电能,是一种理想的绿色能源转化装置。PSCs还具有易加工、材料来源广泛、质轻、柔性等特点,PSC的设计和开发为解决能源短缺、环境污染和温室效应提供了有效途径。此外,人们已经认识到,使用有毒溶剂造成的环境污染问题,会阻碍聚合物太阳能电池的商业化生产。由于D-A型共轭聚合物的溶解性较差,材料加工以及相关器件制备过程中使用的溶剂多为有毒的卤代芳烃溶剂,如氯苯(CB)、氯仿(CF)、1,2-二氯苯(o-OCB)等,对人类健康和自然环境构成严重威胁。有毒溶剂已成为有机太阳能未来实现工业规模生产的最大障碍。因此,开发适合工业化生产的环境友好型加工方法是一个亟待解决的问题。一种有效的解决办法是用更环保绿色溶剂,如甲苯(Tol)、环戊基甲醚(CPME)、柠檬烯(D-limonene)、2-甲基四氢呋喃(2-Me-THF)取代有毒溶剂。依据给体-受体(D-A)型共轭聚合物的设计思路。通过侧链修饰,在共轭聚合物的主链结构中引入极性低聚乙二醇侧链,该侧链为多醚键结构,是偶极均匀分布的侧链。鉴于此,该结构的引入可提升聚合物材料的溶解性,并对其开展了如溶解性、光学、电化学、以及光伏性能研究。本论文的研究工作主要包含以下两部分:1.将经典苯并二噻吩-苯并噻二唑这一经典结构中,在给体单元苯并二噻吩(BDT)中引入不同长度的低聚乙二醇侧链,设计并合成PBDT1-DTBF、PBDT2-DTBF和PBDT3-DTBF三种新型D-A共轭聚合物。对其展开了关于溶解性、光学、电化学、光伏性能研究,其中详细讨论了低聚乙二醇侧链的引入对其基本性能的影响。2.为了实现聚合物材料更好的溶解性,通过降低给体材料共轭程度的方法,将共轭程度更高的苯并二噻吩(BDT)替换为共轭程度较低的噻吩、硒吩、联二噻吩,并且协同低聚乙二醇侧链的增溶作用,设计并合成PDTBF-Th,PDTBFTh Se和PDTBF-DTh三种新型D-A共轭聚合物。通过降低主链的共轭程度,PDTBF-Th,PDTBF-Th Se和PDTBF-DTh的溶解性得到提升。依据溶解性测试,对PDTBF-Th和PDTBF-Th Se进行了绿色溶剂2-Me-THF制备光伏器件,并对其光伏性能展开深入研究。与此同时,对PDTBF-Th和PDTBF-Th Se聚合物进行了绿色溶剂制备电致变色薄膜,并对其电致变色性能展开细致研究。通过本论文的工作,为今后设计绿色溶剂可加工的聚合物太阳能电池材料提供了设计思路,也为绿色溶在电致变色领域中的运用提供了新思路。


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