基于新型给体单元D-A共聚物：设计合成及光伏性能研究

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1、单位代码：10293密级：博士学位论文论文题目：基于新型给体单元D-A共聚物：设计合成及光伏性能研究学号2012070106姓名黄红艳导师黄维院士、赵保敏副教授学科专业光电信息材料与器件研究方向光电转换材料申请学位类别工学博士论文提交日期Donor-AcceptorCopolymersBasedontheNovelDonorUnits:Densign,SynthesisandInvestigationofPhotovoltaicPropertiesDissertationSubmittedtoNanjingUniversityofPostsand

2、TelecommunicationsfortheDegreeofDOCTOROFPHILOSOPHYByHongyanHuangSupervisor:Prof.WeiHuang,AssociateProf.BaominZhao南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确

3、的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。研究生签名：_____________日期：____________南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名：_________

4、___导师签名：____________日期：_____________摘要聚合物太阳能电池由于具有质轻、成本低、柔韧性好、易加工和大面积生产等优点引起了广泛的关注。经过几十年的发展，其光电转换效率从1%提高到12%。尽管电池器件制备技术在发展，但对新型给体材料的开发仍然是最需求的。设计、合成新型聚合物给体材料对器件性能的提高具有重要的意义，目前最常用、最有效的策略是设计给体单元和受体单元交替的D-A共聚物。本论文的工作是设计、合成基于桥联结构给体单元和并苯结构给体单元的D-A型共轭聚合物，并将其应用到有机太阳能电池，其主要研究内容和结果如下：1

5、.通过cadogan关环反应合成了咔唑的类似物，噻吩并吲哚(TI)，以TI作为给体单元，以4,7-二噻吩苯并噻二唑(DTBT)作为受体单元，合成了三个D-A型共轭聚合物(P1，P2和P3)，分别在给体单元引入烷基链(P2)和受体单元引入烷氧链(P3)，结果表明侧链的引入，材料的带隙、能级和光伏性能都得到了调控，基于ITO/PEDOT:PSS/polymer:PC71BM/Ca/Al的器件光伏性能也有很大差别(P1、P2和P3的光电转换效率分别为1.61%、0.53%和2.73%)，‒2在AM1.5G，100mWcm条件下，基于共混层P3:PC71

6、BM光伏器件具有最好的光电转‒52–1–1换效率和较高的迁移率(2.84×10cmVs)，这与其高的短路电流和吸收光谱相一致。相应地，TI作为一种给体单元可以用来构筑D-A共聚物并应用到聚合物太阳能电池。另外，该工作也表明窄带隙聚合物的侧链对材料性质和光伏性能都有很大的影响。2.以TI为给体单元，以并苯噻二唑(BT)为受体单元，分别在给体单元和受体单元之间引入0、1、2个噻吩单元合成了三个D-A聚合物PTIBT,PTITBT和PTIDTBT。噻吩单元的引入对聚合物的光物理性质和电化学性质产生了很大的影响，这些聚合物作为给体材料用来构筑体异质结聚合

7、物太阳能电池，基于器件结构为ITO/PEDOT:PSS/Polymer:PC71BM/Ca/Al电池，光电转换效率有很大的区别(PTIBT为1.61%，PTITBT为5.93%和PTIDTBT为1.79%)，基于PTITBT:PC71BM(1:3,w/w)具有最好的光伏性能，光电转换效率为5.93%(VOC=0.69V,–2JSC=13.92mAcm,FF=61.8%)，这是PCDTBT的类似物中效率最高的其中一种材料，–2JSC(13.92mAcm)也是PCDTBT类似物中JSC最高的一种。我们的工作表明在D-A共聚物之间引入不同数目的噻吩桥对

8、材料的性质和器件性能有很大的影响。3.从结构异构化的角度，初次设计合成了IDT的异构体iso-IDT，并以4,7-二噻吩苯并噻二唑为受体