含苯并二噻吩、苯并噻二唑聚合物光伏材料合成及性能的研究

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1、湘潭大学硕士论文Synthesisandstudyonthepropertiesofpolymerphotovoltaicmaterialscontainingbenzo[1,2-b:4,5-b’]dithiopheneandbenzothiadiazoleCandidateZhaojieGuSupervisorProf.SongtingTanCollegeCollegeofChemistryProgramPolymerChemistryandPhysicsSpecializationFunctionalPolymerDegreeMasterofScienceUniversityXi

2、angtanUniversityDateMay,2012I湘潭大学硕士论文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：日期：年月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

3、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：日期：年月日导师签名：日期：年月日II湘潭大学硕士论文摘要聚合物太阳能电池由于其本身价廉、质轻并可大面积制备的特点而受到了人们的广泛关注。近年来，在科研工作者的携手努力下，本体异质结聚合物太阳能电池(BHJPSCs)的光电转换效率(PCE)已突破10%。然而PSCs要实现最终的商业化生产还存在诸多挑战。为了拓宽和增强光敏材料的吸收光谱、提高其电荷迁移率、调控其HOMO-LUMO能级，我们设计并合成了一系列含苯并噻二唑侧链的聚合物光伏材料。利用核磁、红外、飞行质

4、谱等方法对所合成的物质进行了结构表征和确认，并利用紫外、荧光、循环伏安等测试方法，较系统地讨论了聚合物的光物理和电化学性能。同时，我们测试了基于所合成的聚合物所组装的BHJPSCs的光伏性能，其主要结果如下：1、设计并合成一个基于苯并二噻吩(BDT)和噻吩的共聚物，通过乙烯键把具有一定受电子能力的常用于主链的二己基噻吩并苯并噻二唑(DTBT)单元引入侧链，形成主链给体-侧链受体的新型共聚物PTG1，并系统地研究了DTBT侧链的引入对共聚物PTG1的热稳定性、光物理、电化学以及光伏性能的影响。PTG1具有非常好的成膜性，低的HOMO能级以及与受体材料PC71BM好的相容性。以PTG1/

5、PC71BM(1:1w/w)制作的BHJPSCs的光电转换效率达4.32%。2、设计并通过Stille偶联、Wittig-Horner等一系列经典的有机反应，合成了三种新型的含不同共轭侧基的噻吩-苯并二噻吩共轭聚合物PT-ID,PT-DTBT和PT-DTBTID，并将其应用到聚合物太阳能电池中。随着共轭侧基长度的增加，其在紫外可见区域的吸收红移。这三个共轭聚合物都具有较低的HOMO能级以及较高的开路电压。以PT-ID,PT-DTBT和PT-DTBTID作为电子给体，PC61BM作为电子受体的BHJPSCs的光电转换效率分别为2.48%,4.18%和1.16%。3、我们设计并成功合成了

6、一系列侧链含有DTBT和不同末端基团的低能隙聚合物。他们分别是以具有吸电子性能的醛基、氰基乙酸异辛酯、1,3-二乙基-2-硫代巴比妥酸基团作为侧链末端基团的聚合物PT-DTBTCHO、PT-DTBTCN、PT-DTBTDT和末端为2-甲基噻吩给电子基团的聚合物PT-DTBTMT。所有的聚合物都具有好的溶解性、成膜性和热稳定性。这些共轭聚合物具有宽的紫外-可见吸收光谱，其光化学带隙在1.65-1.90eV范围内。通过改变聚合物侧链的末端基团，能够较好地调控聚合物的光物理性能和分子轨道能级。这些聚合物与PC61BM所制备的PSCs器件的最高PCE为2.72%。关键词：聚合物太阳能电池；本

7、体异质结；侧链；聚噻吩衍生物；光伏性能III湘潭大学硕士论文AbstractPolymersolarcells(PSCs)haveattractedconsiderableattentioninrecentyearsduetotheirpotentialforlowcost,lightweight,andgoodcompatibilitywiththeroll-to-rollprocessformakingflexiblelargeareadevices.I