三烷基硅乙炔基二噻并苯并二噻吩-共轭聚合物的合成与表征

摘要

随着传统能源的枯竭，新能源的开发利用是当前人们迫切需要解决的问题。聚合物太阳能电池(PSCs)因拥有其它太阳能电池不具备的优点而成为近年来研究的热点。但聚合物太阳电池的能量转换效率较低，这是制约其应用发展的重要因素。因此，为了研究出高效率的太阳能电池，研究工作者在设计新型材料、优化制备工艺及有机光活性层形貌改进等方面进行探索研究。设计并合成出高性能的聚合物给体材料是最可行的方法之一。
　　本文合成得到了具有大共轭面、共轭长度的给电子单元，5,10-双(三异丙基硅乙炔基)二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(DTBDT-TIPS)和5,10-双(4,5-二癸基噻吩-2-乙炔基)二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(TE)，分别以 DTBDT-TIPS和TE为给电子单元，与其它吸电子单元通过 Stille偶联反应合成出了几种共聚物，并表征了聚合物的结构及光伏性能。第二章，合成出了侧链含三异丙基硅乙炔基的给电子单体2,7双(三甲基锡)-5,10-双(三异丙基硅乙炔基)二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(DTBDTSn-TIPS)和吸电子单体6,6′-二溴-N,N′-双(2-己基癸基)-异靛蓝(ID-HD)，这两种单体通过 Stille偶联反应聚合得到聚合物 PDTBDT-TIPS-IDHD，该聚合物热稳定性较好，易溶于甲苯、氯苯等有机溶剂。聚合物PDTBDT-TIPS-IDHD的光学带隙为1.56 eV，EHOMO和ELUMO分别为﹣5.43 eV和﹣3.87 eV。以PDTBDT-TIPS-IDHD为给体材料，PC61BM为受体材料制备的器件的能量转换效率最高为2.92％(VOC=0.88 V，JSC=7.32 mA/cm2，FF=45.28%)。第三章，通过Stille偶联使DTBDTSn-TIPS和4,7-二溴-2-(2-癸基十四烷基)-2H-苯并[d][1,2,3]三氮唑(BTZDT)反应得到聚合物PDTBDT-TIPS-BTZDT，该聚合物具有良好的热稳定性及溶解性。聚合物PDTBDT-TIPS-BTZDT在薄膜中的吸收带边为673 nm，光学带隙为1.84 eV，其起始氧化电位为0.73 V，HOMO能级为﹣5.46 eV。分别以PDTBDT-TIPS-BTZDT和PC61BM为给体材料和受体材料制备的器件的最高能量转换效率为1.65%(VOC=0.98 V，JSC=3.75 mA/cm2，FF=44.97%)。第四章，2,7双(三甲基锡)-5,10-双(4,5-二癸基噻吩-2-乙炔基)二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(TESn)与3,7-二(2-溴-3-辛基噻吩-5-基)-萘并[1,2-c:5,6-c′]双[1,2,5]噻二唑(DTNTC8Br)通过 Stille偶联反应合成得到聚合物 PTE-DTNTC8，并对该聚合物的热学、光学及电学性能进行了表征。聚合物 PTE-DTNTC8在甲苯溶液和薄膜中的两个吸收峰都在415 nm和643 nm处，在薄膜中的吸收带边为791 nm，带隙为1.57 eV。聚合物 PTE-DTNTC8的热稳定性较好，并且具有较低的HOMO能级(EHOMO=﹣5.23 eV)。以其为给体材料，PC61BM为受体材料制备的器件在标准模拟太阳光(AM1.5，100 mW·cm-2)下测试，最高的能量转换效率为3.06%(VOC=0.64 V，JSC=8.67 mA/cm2，FF=55.09%)。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 聚合物太阳能电池简介

1.3 聚合物太阳能电池材料介绍

1.4 本论文的设计思想和内容

1.5 本论文的创新点

2 5,10-双(三异丙基硅乙炔基)二噻吩并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩与N,N′-(2-己基癸基)-异靛蓝共轭聚合物的合成及性能表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 5,10-双(三异丙基硅乙炔基)二噻吩并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩与 2-(2-癸基十四烷基)-2H-苯并[d][1,2,3]三氮唑共轭聚合物的合成及性能表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 5,10-双(4,5-二癸基噻吩-2-乙炔基)二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩与萘并[1,2-c:5,6-c′]双[1,2,5]噻二唑衍生物共轭聚合物的合成及性能表征

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果