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新型苯并二杂环基共轭聚合物光伏材料的设计合成及应用

陈学文  
【摘要】:本论文以拓宽共轭聚合物的吸收光谱、改善溶解性能及提高载流子迁移率为目的,设计、合成了两个系列的新型苯并二杂环基类共轭聚合物。分别将其与PCBM共混作为活性层材料,制备成本体异质结太阳能光伏器件,系统讨论了活性层材料、共混膜形貌等对器件性能的影响。具体内容包括: (1)设计合成了6,7-二辛氧基萘并[2,3-c]噻吩-4,9-二酮(NTDO)单体M1,并通过引入不同的侧链基团分别得到单体M2和M3,分别将这三个单体与苯并二噻吩单元(BDT)通过Stille偶联得到系列聚合物PBDTNTDO-C1, PBDTNTDO-C2及PBDTNTDO-C3。分析了聚合物的热稳定性,光学性能和电化学性能等。将聚合物与PCBM共混制备成太阳能光伏器件,结果显示:基于ITO/PEDOT:PSS/polym-er:PC71BM(1:2)/Ca/Al器件结构的光伏结果分别为1.96%,1.01%和2.21%。(2)设计、合成了一种新型的苯并二呋哺基(BDF)单元,将其与单体M3通过Stille偶联得到一种新型共轭聚合物PBDFNDO.分别通过1H NMR, GPC, TGA, UV-Vis光谱吸收和循环伏安等方法对聚合物进行了详细的表征。聚合物PBDFNTDO能够很好的溶解于常见的溶剂中,其数均分子量(Mn)为10.7KDa/mol,多分散性系数为1.71。热稳定性测试结果表明该聚合物质量损失达5%时的温度高达341℃,具有很好的热稳定性。聚合物的光谱吸收范围为300-750nm,具有较窄的光学带隙(1.65eV)。循环伏安测得聚合物的HOMO和LUMO能级分别为-5.33eV和-3.40eV。应用空间电荷限制电流(SCLC)法测得基于PBDFNTDO:PC71BM (1:1.5, w/w)活性层的空穴迁移率为5.0×10-3cm2·V-1·s-1。将聚合物与PC71BM共混制备成光伏器件,得到光电转换效率高达4.71%,显示PBDFNTDO是一种很有前景的光伏材料。


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