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本论文简要叙述了聚合物太阳能电池材料与器件的发展历程及其研究现状。本文从拓宽聚合物给体材料紫外吸收光谱、提高其载流子迁移率出发,以噻吩[3,4-b]吡嗪或喹噁啉为受体(A)单元,通过另外的给体(D)基团(芴,咔唑和三芳胺)侧面修饰受体单元设计合成了三类D-A?D共轭聚合物,并通过核磁共振氢谱(1H NMR)及凝胶渗透色谱(GPC)确认了中间产物及目标聚合物的分子结构;系统研究了这些共聚物的电化学(CV)、紫外吸收(UV-vis)、热稳定性能(TGA)及本体异质结(BHJ)聚合物太阳能电池(PSCs)光伏性能。主要研究内容如下: 1.在芴-alt-噻吩[3,4-b]吡嗪共聚物的侧基分别引入给体基团芴、咔唑和三芳胺,设计合成了三种D-A?D共轭聚合物PFO-3ThPz-Fl、PFO-3ThPz-Cz和PFO-3ThPz-Tpa。为研究侧基给体基团对结构的影响,对比合成了其 D-A型母体共轭聚合物PFO-3ThPz-Ph。研究发现,侧基D-A?D共轭聚合物比PFO-3ThPz-Ph具有更宽的紫外-可见光谱。在模拟太阳光AM1.5,100 mW/cm2辐射下,含三苯胺的D-A?D的聚合物PFO-3ThPz-Tpa/PC60BM(1:3 w/w)制作的 BHJ-PSCs显示最好的光伏性能:Jsc=7.91 mA/cm2, Voc=0.76 V, PCE=2.09％。其能量转换效率(PCE)是PFO-3ThPz-Ph/PC60BM(1:3 w/w)制作的本体异质结太阳能电池的2.4倍。而基于PFO-3ThPz-Tpa/PC71BM(1:3 w/w)制作的BHJ-PSCs的PCE提升到3.08%。 2.在咔唑-alt-噻吩[3,4-b]吡嗪共聚物的侧基分别引入不同给体基团,设计合成了四种D-A?D共轭共聚物:PCz-3ThPz-Th、PCz-3ThPz-Fl、PCz-3ThPz-Cz和PCz-3ThPz-Tpa,同时对比合成其D-A型母体共轭聚合物PCz-3ThPz-Ph。在模拟太阳光AM1.5,100 mW/cm2照射下,含咔唑的D-A?D聚合物PCz-3ThPz-Cz/PC60BM(1:3 w/w)制作的本体异质结光伏电池显示了最好的光伏性能:Jsc=7.16 mA/cm2, Voc=0.70 V, PCE=1.66%。基于PCz-3ThPz-Cz/PC71BM(1:3 w/w)制作的BHJ-PSCs得到了最高的光电转换效率的PCE提升为2.98%。 3.在芴-alt-2,3-二苯并喹噁啉(PFO-Qx)和咔唑-alt-2,3-二苯并喹噁啉(PCz-Qx)共聚物受体单元上引入另外的给体咔唑基团,在主链上引入噻吩,设计合成了四种D-A?D共轭共聚物:PFO-Qx-Cz、PCz-Qx-Cz、PFO-ThQx-Cz和PCz-ThQx-Cz。研究发现:在主链上引入噻吩基团,可以拓宽共聚物的吸收光谱。其中PFO-ThQx-Cz与PC60BM共混制作的BHJ-PSCs的最高PCE为0.50%。