采用多种侧链修饰的新型聚合物给体材料的合成与光伏性能

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1、硕士学位论文采用多种侧链修饰的新型聚合物给体材料的合成与光伏性能作者姓名钟舒婷学科专业材料学指导教师陈军武教授所在学院材料科学与工程论文提交日期2018.04SynthesisandOptoelectronicPropertiesofNewPolymerDonorsThroughSideChainEngineeringStrategyADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ShutingZhongSupervisor：Prof.JunwuChenSouthChinaUniversityofTechnologyGuan

2、gzhou,China分类号：TB34学校代号：10561学号：201520114349华南理工大学硕士学位论文采用多种侧链修饰的新型聚合物给体材料的合成与光伏性能作者姓名：钟舒婷指导教师姓名、职称：陈军武教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料学研究方向：功能高分子论文提交日期：2018年4月18日论文答辩日期：2018年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：苏仕健委员：段春晖，朱旭辉，彭小彬，应磊摘要随着社会的发展，人们对于新型、清洁可再生资源的需求愈加迫切。其中，太阳能因其来源广泛、总量大且易开发利用等优点获得广泛关注。聚合物太阳电

3、池（PSCs）因具备可溶液加工获得大面积柔性器件等优势，引起众多科研工作者的兴趣。尽管目前最高效率已经突破13%，但距离商用还有一些距离。目前效率及其稳定仍是PSCs发展的重要瓶颈，亟待解决。本论文总结了常见的D-A型聚合物给体材料结构与性能的关系，按受体单元进行分类，系统综述了包含苯并噻二唑（BT）、苯并三唑（TAZ）、噻吩并吡咯二酮（TPD）、苯并二噻吩二酮（BDD）等受体单元的聚合物，及具有醌式结构噻吩并噻吩（TT）聚合物的工作。随着非富勒烯受体研究的逐渐完善，一批中等带隙和宽带隙聚合物给体的聚合物再度焕发生机。此外，我们还对一些常见的取代侧链进行综述。在本文中，我们对一些

4、中等带隙聚合物的侧链进行改进，获得了具有较高光伏效率的新聚合物给体材料。在第二章，我们针对BT类聚合物给体偏高的HOMO能级限制开路电压提高这一效率提升瓶颈，首次在主链上引入支链羰基侧链这一强吸电子基团取代的单噻吩，并微调聚合物主链的氟原子取代位置，获得两个较深HOMO能级的共聚物。PBT4TffCO14和PffBT4TCO23的HOMO能级分别为−5.41和−5.54eV。PffBT4TCO23与PC71BM、IDIC光伏器件均表现出了更高的开路电压，分别为0.92和0.97V，因而分别实现了6.24%和7.30%的能量转换效率。在第三章，我们用烷基并噻吩作为取代侧链替代苯并二

5、噻吩上的烷基并噻吩，通过这个并噻吩单元来延长侧链共轭长度增强消光能力，获得交替共聚物PBDB-TT100。由于PBDB-TT100难以加工，我们降低了并噻吩侧链比例，获得无规共聚物PBDB-TT25，大幅改善了聚合物的溶液加工性。与非富勒烯受体ITIC搭配，在优化条件下加工的光伏电池的开路电压和短路电流均有一定提升，能量转换效率为9.99%。此外，基于该无规聚合物的光伏电池表现出较好热稳定性，在80℃下4d效率能保持在8.19±0.15%。在第四章，我们用硅氧烷端基侧链取代的苯并二噻吩（BDT）作为给电子单元，以不同比例分别与噻吩并吡咯二酮（TPD）和二氟代苯并噻二唑（FBT）为

6、吸电子单元结合，合成了相应的共聚物，以实现对聚合物能级和活性层形貌的调控，有利于载流子传输。其中，PBDTTPD-Si100聚集严重，降低硅氧烷比例的PBDTTPD-Si25与PC71BM仍有明显相分离，因而聚合物的器件效率最高2.85%。而PBDTFBT-Si100、PBDTFBT-ISi25与IDIC取得了良好的SCLC空穴迁移率（10−3cm2V−1s−1），且两个聚合物都在较高膜厚（200nm）时均取得最佳效率（5.01%和6.79%）。关键词：聚合物太阳电池；链间聚集；羰基侧链；共轭侧链；硅氧烷端基侧链IIAbstractWiththedevelopmentofecon

7、omy,cleanandrenewableresourcesbecomemoreandmoreurgent.Amongthem,solarenergyhasattractedmuchattentionbecauseofitsabundantresources,largevolumeandeasyutilization.Duetotheadvantagessuchasmechanicalflexibilityandcompatibilitywithlarge-scaleproces