摘要
有机共轭聚合物半导体材料具有低成本、易制备、可溶液加工等优点，可用于大面积制备柔性电子器件，近年来受到人们的广泛关注。其中含吡咯并吡咯二酮(DPP)的共轭聚合物在有机场效应晶体管和有机太阳能电池方面均表现出优异性质。本论文以含DPP的共轭聚合物为研究对象，从其共轭骨架和柔性侧链为出发点，合成了一系列共轭聚合物，并研究了其有机场效应晶体管和太阳能电池性质，探讨了聚合物结构-性能的关系。主要结果总结如下: 1.设计并合成了三个基于DPP-薁的共轭聚合物DPPA1、DPPA2和DPPA3。通过改变DPP单元与奠的不同位置连接，实现了对聚合物光电性能的调节。其中当DPP与奠的具有推电子能力的五元环连接时，聚合物DPPA1和DPPA2具有相对高的HOMO/LUMO能级，表现为p-型半导体性能，在热退火优化薄膜形貌后，DPPA1获得最高的空穴迁移率，为0.97 cm2 V-1 s-1。而DPP单元与薁中具有拉电子能力的七元环相连时，聚合物DPPA3的LUMO能级降低，表现为典型的双极性性质，其空穴和电子迁移率最高达到0.062和0.021 cm2 V-1 s-1。 2.将直链烷基链引入DPP聚合物中，设计并合成了三个侧链含不同比例支链烷基链的DPP-联噻吩共轭聚合物pDPP4T-A、pDPP4T-B和pDPP4T-C，其直链烷基链与支链烷基链的比例分别为1∶30、1∶20和1∶10，并合成了侧链为支链烷基链的聚合物pDPP4T作对比。场效应晶体管测试结果表明，直链烷基链的引入能够提高其载流子迁移率，其中聚合物pDPP4T-B具有最高的空穴迁移率，达到5.1 cm2V-1 s-1。同时我们还制备了基于其的体异质结太阳能电池器件，研究发现在聚合物侧链中部分引入直链烷基链也能够影响聚合物的光伏性能。基于pDPP4T-A∶PC71BM和pDPP4T-B∶PC71BM共混膜的光伏器件其PCE达到4.8％。 3.将氢键基团引入到聚合物侧链中，设计并合成了三个侧链含脲基团的DPP-联噻吩共轭聚合物pDPP4T-1、pDPP4T-2和pDPP4T-3，其中含脲基团侧链与支链烷基链的比例分别为1∶30、1∶20和1∶10，并合成了侧链为支链烷基链的聚合物pDPP4T作对比。OFETs测试结果表明，聚合物侧链中引入脲基团能够提高其载流子迁移率，并且随着脲基团含量的增加，其载流子迁移率逐渐提高，表现为pDPP4T＜pDPP4T-1＜pDPP4T-2＜pDPP4T-3，其中pDPP4T-3具有最高空穴迁移率，在热退火后达到13.1 cm2V-1s-1。通过以聚合物为给体，PC71BM为受体，制备太阳能电池器件，研究发现在聚合物侧链中引入脲基团也能提高其光伏性能。其中基于pDPP4T-1∶PC71BM的太阳能电池器件具有最高的PCE(6.8％)。
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