论文部分内容阅读
高分子体相异质结太阳能电池因具有重量轻、制备工艺简单、成本低廉等优点而备受世界关注。其给体材料主要以共轭聚合物为主，特别是D-A型共轭聚合物；而受体材料则主要是富勒烯衍生物。PCBM是目前主要的电子受体材料，其合成过程较为复杂特别是需要高温异构化过程。另一方面，虽然已有器件效率较高的给体材料报道，但影响器件效率的很多因素还不明确。因此，本论文分两方面展开研究，一方面，开发易合成和提纯的富勒烯衍生物；另一方面，选取两类噻吩类稠环单元作为富电子单元、苯并噻二唑和二酮吡咯并吡咯为缺电子单元，合成含不同烷基链的D-A型窄带隙共轭齐聚物，利用齐聚物结构确定的特点，研究烷基链结构对体相异质结太阳能电池器件性能的影响。主要成果与创新点有：
1、设计并合成了不同烷基链取代的TCBM类富勒烯衍生物，即TCBM、TCBM-C1、TCBM-C6、TCBM-C2,6。该类衍生物不用高温异构化过程，直接即可得到稳定的6,6加成异构体，而且TCBM-C6和TCBM-C2,6的产率分别高达46％和49%。同时，这两种富勒烯衍生物具有很高的溶解度，其中在氯苯中的溶解度高达180mg/mL。以几种TCBM类富勒烯衍生物为受体材料制备的电池器件中，基于TCBM-C6为受体的电池器件表现出了最好的性能，能量转换效率达到4.26%，高于PCBM对比器件的3.90%。
2、采用Stille偶联反应合成了具有不同共轭长度和含不同烷基链的二噻吩并吡咯/苯并噻二唑D-A型共轭齐聚物，即T2B1-C12,T3B2-C12、T3B2-C5、T3B2-C5C12、T3B2-C12C5。随着共轭长度的增加，该系列齐聚物的吸收光谱显著红移，其中，T3B2系列齐聚物的吸收光谱主要位于500-800nm。以该系列齐聚物为给体材料制备的体相异质结太阳能电池器件的性能和共轭长度以及烷基链结构相关，对具有相同长度的共轭齐聚物T3B2-C12、T3B2-C5、T3B2-C5C12和T3B2-C12C5，支化烷基链含量越高，器件性能越好。含0-3个支化烷基链的齐聚物的器件的能量转换效率分别为0.66%,0.74%,0.75%和1.33%。
3、以二噻吩并咔唑和二酮吡咯并吡咯为富电子和缺电子单元，采用Suzuki偶联反应合成了含不同结构烷基链的窄带隙共轭齐聚物。齐聚物的吸收光谱覆盖了500-800nm范围的可见区。以该系列齐聚物为给体材料制备了体相异质结太阳能电池器件，发现含支化烷基链的齐聚物表现出更好的器件性能，能量转换效率达到1.01%。