苯并二呋喃-苯并二噻吩二酮系列聚合物的合成及光伏性质研究

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1、硕士学位论文苯并二呋喃-苯并二噻吩二酮系列聚合物的合成及光伏性质研究THEPREPARATIONANDPHOTOVOLTAICPROPERTIESOFBENZONDIFURAN-BENZODIFURANDIONEBASEDPOLYMERS张宏哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM23学校代码：10213国际图书分类号：31.密级：公开工学硕士学位论文苯并二呋喃-苯并二噻吩二酮系列聚合物的合成及光伏性质研究硕士研究生：张宏导师：张勇教授申请学位：工学硕士学科：材料科学与工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工

2、业大学ClassifiedIndex:TM23U.D.C:31.DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringTHEPREPARATIONANDPHOTOVOLTAICPROPERTIESOFBENZONDIFURAN-BENZODIFURANDIONEBASEDPOLYMERSCandidate：ZhangHongSupervisor：Prof.ZhangYongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialScienceandEng

3、ineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着全球经济的发展以及人口的增长，人类对能源的需求日益增加。像煤炭、石油之类的化石能源不仅面临着即将枯竭的境地，而且在使用过程中会伴随着大量的环境污染。为了保证社会的持续发展，寻找一种清洁可再生的能源显得至关重要。太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能

4、源，如果能够有效的利用太阳能，能源危机将迎刃而解。太阳能电池是一种可以将太阳能直接转化为电能的器件。聚合物太阳能电池由于具有成本低、材料来源广泛、质量轻、柔韧性好、制备工艺简单以及可通过溶液加工方法大面积生产等优点而成具有良好的应用前景。目前，大部分聚合物太阳能光吸收层给体材料是以噻吩为基础构建而成的。但是，噻吩提取自石油化工，不仅提取成本高而且对环境污染大，这限制了噻吩基聚合物太阳能电池的大规模应用。因此，寻找一种新的高效且环保的聚合物给体材料具有重要的现实意义。呋喃具有有噻吩相似的分子结构，并且呋喃来源广泛，可通过秸秆、菜叶等植物发酵提取，对环境比较

5、友好。尽管呋喃基聚合物已经在聚合物太阳能电池中展现出了优异的光伏性能，但是目前对于呋喃基聚合物太阳能电池的研究仍较少。本论文设计并制备了一系列新型苯并二呋喃-噻吩并噻吩二酮聚合物，对其光学性能及电化学性能进行了表征。以PB71CM为受体材料，制备了PBDFC-BDD、PBDFS-BDD、PBDFS-F-BDD、PBDFS-F-BDD四种聚合物太阳能电池器件，研究了其光伏性能。具体工作如下：为了增强聚合物材料的吸光能力以及比较不同烷基侧链对呋喃基聚合物性能的影响，将烷硫基呋喃侧链与烷基呋喃侧链引入到苯并[1,2-b:3,4-b’]二呋喃（BDF）给体单元，

6、并与1,3-二(2-乙基己基)-5,7-二（4'-溴噻吩）苯并[1,2-c:4,5-c']二噻吩-4,8-二酮（BDD）受体单元共聚，得到两种聚合物给体材料PBDFC-BDD与PBDFS-BDD。系统地分析了聚合物侧链的变化对聚合物热学性质、光学性质、电化学性质、分子构型、分子堆积行为和光伏性质的影响。由两种聚合物材料制备的太阳能电池器件ITO/PEDOT:PSS/PBDFS-F-BDD:PC71BM/Ca/Al以及ITO/PEDOT:PSS/PBDFS-T-BDD:PC71BM/Ca/Al在一系列优化条件下分别获得了3.48%与3.01%的能量转换效率

7、。为了探究π桥上烷基链以及不同吸电子的杂原子对苯并呋喃基聚合物的能级、吸收光谱、聚集行为以及光伏器件性能的影响，设计并合成了PBDFS-T-BDD、-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文PBDFS-F-BDD、PBDFS-S-BDD三种新型D-A型聚合物。并对其光学性质进行表征，发现将π桥上的硫原子换成氧原子后，聚合物的带隙变窄，而在π桥上引入烷基侧链后聚合物的带隙变宽。分别用PBDFS-F-BDD与PBDFS-T-BDD作为给体材料与受体材料PC71BM制备成太阳能电池器件，两种器件分别取得了2.32%与2.03%的能量转换效率。关键词：聚合物太阳能电池

8、，共轭聚合物，苯并二呋喃，烷硫基呋喃-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Abs