摘要
近年来，为提高太阳能电池能量转换效率，国内外科研工作者在活性层材料的合成方面开展了大量研究。相比于小分子和富勒烯体系，全聚合物太阳能电池在可见光区有较宽的吸收范围和较高的吸光系数，同时具备较好的成膜性、稳定性和卷对卷印刷等优点。全共轭嵌段共聚物是由两种或多种聚合物通过共价键连接在一起的聚合物，全共轭嵌段共聚物有很强的自组装能力，通常较之物理共混的聚合物形成更好的膜形貌。全共轭p-n型嵌段共聚物由于可以实现最简单的单一组分的聚合物太阳能电池而备受关注。但由于目前全共轭p-n型嵌段共聚物的合成难度大，合成方法少，且现有技术很难实现对聚合物的分离提纯，目前，已知的具有光伏活性的嵌段共聚物大多由给体均聚物、受体均聚物、二元嵌段和三元嵌段共聚物组成，而结构确定的单一组分的全共轭p-n型嵌段共聚物作为太阳能电池的活性层材料尚无报导。不同于前期报导的通过AA+BB型单体构筑n-型受体链，本论文创新性地选择与P3HT具有正交溶解性的受体聚合物，引入A-B型单体构筑n-型链段。通过末端含有溴原子的P3HT与A-B型单体的一锅Suzuki或者Stille偶联聚合反应，同时结合高压制备型GPC进一步进行分离提纯，获得了两种单一组分的全共轭p-n型嵌段共聚物P3HT-b-F8TBT和P3HT-b-TBTF8。 首先，通过McCullough法合成一系列末端含溴、具有分子量梯度变化(Mw分别为6、10、20、33、40和62kg/mol)的低分散度(~1.10)P3HT，并以不同分子量P3HT与PC61BM共混制备了一系列有机太阳能电池器件，研究P3HT分子量对光电性能、成膜性和光伏器件性能等的影响。另一方面，P3HT作为全共轭p-n型二元嵌段聚合物的给体嵌段，本章中一系列不同分子量的P3HT为后续合成全共轭p-n型二元嵌段聚合物提供了原料基础。 其次，采用部分可控聚合方法以第二章合成的一系列不同分子量的P3HT与A-B型单体进行Suzuki-Miyaura偶联合成了全共轭p-n型二元嵌段共聚物P3HT-b-F8TBT，利用给/受体溶解性差异，最后通过索氏抽提和制备型凝胶色谱柱分离产物得到分子量梯度分布的、低分散度单一组分全共轭p-n型二元嵌段共聚物(BCP1-1和BCP1-2)。研究表明，BCP1-1和BCP1-2同时具备P3HT和F8TBT的特征吸收，重均分子量分别为57和32kg/mol，其HOMO和LUMO能级位于P3HT和F8TBT之间。将其作为单一组分制备的活性层薄膜具有较好的相分离。经热退火后，其太阳能电池器件最高能量转化效率分别为0.13%和1.22%。 最后，采用类似的合成方法将不同分子量的P3HT与A-B型单体进行Stille偶联合成了全共轭p-n型二元嵌段聚合物P3HT-b-TBTF8，利用给/受体溶解性差异，最后通过索氏抽提和制备型凝胶色谱柱分离产物得到分子量梯度分布的、低分散度单一组分的全共轭p-n型二元嵌段共聚物(BCP2-1和BCP2-2)。研究表明，BCP1-1和BCP1-2同时具备P3HT和F8TBT的特征吸收，重均分子量分别为84和43kg/mol，其HOMO和LUMO能级位于P3HT和F8TBT之间。将其作为单一组分制备的活性层薄膜具有较好的相分离。经热退火后，其太阳能电池器件最高能量转化效率分别为0.17%和0.39%。并以P3HT-b-TBTF8为添加剂应用于D/A体异质结太阳能电池器件，由于全共轭p-n型二元嵌段共聚物具有较好的自组装能力，使得D/A体异质结太阳能电池器件最高能量转化效率提高了12%。 聚物(BCP1-1和BCP1-2)。研究表明，BCP1-1和BCP1-2同时具备P3HT和F8TBT的特征吸收，重均分子量分别为57和32kg/mol，其HOMO和LUMO能级位于P3HT和F8TBT之间。将其作为单一组分制备的活性层薄膜具有较好的相分离。经热退火后，其太阳能电池器件最高能量转化效率分别为0.13%和1.22%。 最后，采用类似的合成方法将不同分子量的P3HT与A-B型单体进行Stille偶联合成了全共轭p-n型二元嵌段聚合物P3HT-b-TBTF8，利用给/受体溶解性差异，最后通过索氏抽提和制备型凝胶色谱柱分离产物得到分子量梯度分布的、低分散度单一组分的全共轭p-n型二元嵌段共聚物(BCP2-1和BCP2-2)。研究表明，BCP1-1和BCP1-2同时具备P3HT和F8TBT的特征吸收，重均分子量分别为84和43kg/mol，其HOMO和LUMO能级位于P3HT和F8TBT之间。将其作为单一组分制备的活性层薄膜具有较好的相分离。经热退火后，其太阳能电池器件最高能量转化效率分别为0.17%和0.39%。并以P3HT-b-TBTF8为添加剂应用于D/A体异质结太阳能电池器件，由于全共轭p-n型二元嵌段共聚物具有较好的自组装能力，使得D/A体异质结太阳能电池器件最高能量转化效率提高了12%。
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