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-DFDT，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(1.59%)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%)。
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