基于不同π桥及二氟联噻吩的共轭聚合物的合成及光伏性能研究

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1、学校代号10530学号201510141368分类号O63密级公开硕士学位论文基于不同π桥及二氟联噻吩的共轭聚合物的合成及光伏性能研究学位申请人段可可指导教师谭松庭教授学院名称化学学院学科专业化学研究方向高分子化学与物理二零一八年六月SynthesisandPhotovoltaicPropertiesofConjugatedPolymerBaseonDifferentπBridgesandDifluorobithiopheneCandidateKekeDuanSupervisorProf.SongtingTanCollegeCollegeofChemistryProgramChe

2、mistrySpecializationPolymerChemistryandPhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学硕士论文摘要在社会经济快速发展过程中，能源一直以来都是一个关乎每个人的至关重要的问题。随着对能源的需求不断增加，发展新型能源，优化能源结构刻不容缓。太阳能因其清洁、无污染等特点受到了人们的广泛关注。在此背景下，有机太阳能电池应运而生。聚合物太阳能电池因其低成本、易制造和具有机械柔性深受科研工作者们的关注。近年来，聚合物太阳能电池的能量转换效率快速提高，目前，单

3、结聚合物太阳能电池的能量转换效率已经达到了13%。然而，有机太阳能电池要实现商业化应用还面临很多问题。因此，研究者们仍然在为了有机太阳能电池早日实现商业化而奋斗。在此，我们设计并合成了一系列聚合物光敏材料，并利用核磁共振对所合成的聚合物进行了表征，利用热失重分析、紫外-可见光谱、循环伏安测试等对所合成的聚合物的热性能、光物理性能和电化学性能进行了研究，并对聚合物的光伏性能进行了测试和表征，其主要结果如下：1.通过钯催化的Stille偶联聚合反应，合成了由苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩(BDT)为给电子单元，苯并[c][1,2,5]噻二唑为缺电子单元，呋喃和噻吩为π桥的两个

4、无规共轭聚合物P1和P2。这两个聚合物都具有良好的溶解性和热稳定性。同时，π桥单元显著地影响了分子的结构从而影响共轭聚合物的光电性能，如聚合物P1和P2的紫外-可见吸收光谱的吸收峰由516nm红移到568nm，带隙也由1.62eV调整到1.66eV。基于P1和P2为给体材料,PC61BM为受体材料的聚合物太阳能电池能量转换效率分别为0.35%和1.21%。显然地，以呋喃为π桥的聚合物P2的能量转换效率高于以噻吩为π桥的聚合物P1的能量转换效率。研究结果表明：呋喃作为π桥更有利于提高D-π-A共轭聚合物的光伏性能。这一结果为我们设计高性能光伏材料提供了新的思路。2.合成了一系列包含

5、两种不同缺电子单元（TPD和DPP）的DFDT-TPD-DPP无规共轭聚合物，这类共轭聚合物在400-900nm范围内具有强吸收。由于在共轭主链中引入了具有强吸电子能力的DPP单元作为第二受体，随着DPP单元的比例增大，聚合物表现出宽的吸收光谱和低的HOMO能级。在优化的条件下，基于P6的聚合物太阳能电池（PSCs）表现出了3.80%的能量转化效率（PCE），0.73V的开路电压（V-2oc），7.87mAcm的短路电流（Jsc）和66.0%的填充因子（FF）。研究结果表明：在无规共轭聚合物中引入适当的第二受体单元是一个扩宽聚合物吸收光谱，调节聚合物能级，从而提高聚合物光伏性能的

6、有效方法。关键词：聚合物太阳能电池；π桥；吡咯并吡咯二酮I湘潭大学硕士论文AbstractIntheprocessofrapidsocio-economicdevelopment,energyhasalwaysbeenacrucialissueforeveryone.Withtheincreasingdemandforenergy,itisimperativetodevelopnewenergysourcesandoptimizetheenergystructure.Solarenergyiswidelyconcernedbecauseofitsclean,environment

7、friendlyandothercharacteristics.Insuchabackground,organicsolarcellsemergeasthetimesrequire.Polymersolarcells(PSCs)arewidelyconcernedbyresearchersbecauseoftheirlowcost,easymanufactureandmechanicalflexibility.Inrecentyears,thepowerconversioneff