基于苯并二噻吩及对称/不对称π桥的给体聚合物的制备与研究

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随着太阳能能源领域的兴起,聚合物太阳能电池(PSCs)由于其成本低和可制作透明柔性器件等特点受到了大家的广泛关注。为了获得高能量转化效率(PCE)的聚合物太阳能电池,给体材料的研究是必不可少的。到目前为止,大多数高性能的给体单元-受体单元(D-A)型聚合物给体材料都具有对称结构,对非对称共轭聚合物给体材料的研究相对较少。本论文通过Stille偶联和溴化反应作为手段,在苯并二噻吩(BDT,D单元)和不同的A单元之间引入对称与不对称的不同长度的π桥。最终合成了不同结构的新型聚合物给体材料,并进行了比较。本论文进行了以下的工作内容:1、通过在二维BDT和苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)之间引入不同长度的对称与非对称的噻吩π桥及改变BDT单元上卤素取代基(F或者Cl),设计合成了四种聚合物给体材料。其中,拥有噻吩和己基双噻吩不对称π桥的PTB2T-F和PTB2TCl比拥有对称己基双噻吩π桥的PTB2T-F和PTB2T-Cl具有更好的光伏性能。通过正置和倒置的聚合物太阳能电池器件对聚合物给体材料进行客观评价。其中基于PTB2T-F:IT-4F的无添加剂活性层,获得了10.79%的PCE。2、通过Stille偶联反应和溴化反应在二维BDT单元和二氟代苯并噻二唑(FBT)单元之间引入不同长度的对称与不对称π桥,利用不同卤素原子的强吸电子效应来调节能级,设计合成了四种新的聚合物给体材料PDFBF、PDFBCl、PDFBF-TT和PDFBCl-TT。其中,对称π桥结构的PDFBF和PDFBCl在可见光吸收、聚合物的平面性和激子解离效率的方面均优于具有不对称π桥结构的PDFBF-TT和PDFBClTT。正如预期一样,基于PDFBF和PDFBCl的器件都获得了优于PDFBF-TT和PDFBCl-TT的PCE。特别是PDFBCl,基于PDFBCl:IT-4F的正置器件在无添加剂的情况下,最终获得了10.91%的PCE。3、通过在一维BDT和BDD单元之间引入不同长度的对称与非对称的噻吩π桥,设计合成了具有不对称与对称π桥结构的两种新聚合物给体材料PTB-OD和P2TB-OD。在形貌分析中发现,相较于P2TB-OD:ITIC共混膜,PTB-OD:ITIC共混膜拥有着更加良好的混溶性。因此,基于对称π桥结构的P2TB-OD的器件性能却不佳,只获得了2.35%的PCE。然而基于PTB-OD:ITIC器件获得了5.80%的PCE。
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