基于苯并噻二唑的有机光伏材料的合成及性能研究

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1、学校代号10530学号201510141422分类号O63密级公开硕士学位论文基于苯并噻二唑的有机光伏材料的合成及性能研究学位申请人彭瑞鹏指导教师谭松庭教授学院名称化学学院学科专业化学研究方向高分子化学与物理二零一八年六月十日SynthesisandperformanceresearchoforganicphotoelectricmaterialsbasedonbenzothiadiazolederivativesCandidatePengruiPengSupervisorProf.Songti

2、ngTanCollegeCollegeofChemistryProgramChemistrySpecializationPolymerChemistryandPhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学硕士论文摘要聚合物太阳电池(PSCs)由于能够产生清洁、可再生能源受到了人们的广泛关注。到目前为止，单层的PSCs已经达到13%的能量转换效率(PCE)。然而，为了实现PSCs的应用，必须进一步的

3、发展更多种类高效的共轭聚合物材料。其中给体-受体(D-A)型聚合物是设计低带隙共轭聚合物光伏材料最重要的策略。由于它能够有效的调节吸收光谱、HOMO/LUMO能级，电荷传输能力，给体与受体材料的共混形态等。本文设计合成一系列基于苯并噻二唑的D-A共轭聚合物材料，并对目标聚合物的光物理性质、活性层形貌、载流子迁移率和光伏性能的关系进行了系统的研究。本论文的主要研究内容如下：1.基于烷硫基取代苯并噻二唑-四联噻吩交替结构单元，合成了三个低带隙共轭聚合物(PSDTBT-DFDT，PSDTfBT-DFD

4、T，和PSDTffBT-DFDT)为给体材料应用于聚合物太阳能电池。对氟化和烷硫基化的聚合物的光物理、电化学、光伏性质进行了对比研究。结果表明，与PSDTBT-DFDT相比，PSDTfBT-DFDT和PSDTffBT-DFDT表现出更好的光吸收能力，更低的HOMO能级和更好的形貌。制作了基于合成的聚合物为给体，以[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)为受体的本体异质结(BHJ)太阳能电池。由于氟原子个数的增加，PSDTfBT-DFDT和PSDTffBT-DFDT获得的能量转换效率分别

5、为6.94%、7.50%，均比PSDTBT-DFDT(4.48%)要高。这个结果表明氟取代和烷硫基化都能有效的提高聚合物的光电性能。2.设计合成两个给体(D)-受体(A)聚合物PSQT-4F，PSQT-Uz。它们由烷硫基取代二氟苯并噻二唑-四联噻吩为受体单元和不同给体单元组成。研究了不同给体对聚合物的物理、电化学和光伏性能的影响。与以Ullazine为给体的聚合物PSQT-Uz相比，聚合物PSQT-4F具有较小的带隙，更宽和更强的吸光能力，更高迁移率。因此与PSQT-Uz为电子给体材料的器件(1

6、.59%)相比，以PSQT-4F为电子给体材料的本体异质结聚合物太阳能电池获得更高的PCE(2%)。关键词聚合物太阳能电池；苯并噻二唑；烷硫基取代；氟取代；ullazineI湘潭大学硕士论文AbstractPolymersolarcells(PSCs)haveattractedmuchattentionforthegenerationofcleanandrenewableenergy.Uptonow,thepowerconversionefficiency(PCE)ofsinglejunctio

7、nPSCshasachieved13%.However,furtherdevelopmentofconjugatedpolymersisessentialtoachievehighperformancePSCsforcommercialization.Withinwhich,D-Acopolymersarethemostpowerfulstrategytodesignalowbandgapconjugatedpolymerphotovoltaicmaterialsduetotheiradvant

8、ageintuningtheabsorptionspectra,HOMO/LUMOenergylevels,chargetransportabilityandblendsmorphologyofdonorandacceptormaterialsetc.Inthisdissertation,aseriesofD-Aconjugatedpolymersmaterialsbasedonbenzothiadiazolearedesignedandsynthesized,therelationshipbe