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聚合物太阳能电池因其低成本、制备简单、可实现大面积和柔性面板等特点而得到人们的广泛关注。共轭聚合物给体材料是影响聚合物太阳能电池性能的关键材料之一。传统的聚合物给体材料如MEH-PPV和P3HT等存在可见吸收光谱较窄、空穴迁移率较低和比较低的开路电压的问题,这限制了聚合物太阳能电池能量转换效率的提高。本论文以提高聚合物在可见光区的光谱吸收,增强聚合物给体材料的空穴迁移率和提高开路电压为目的,将三苯胺共轭单体引入到聚合物主链,合成了主链含三苯胺的新型窄带隙共轭聚合物给体材料。
通过Suzuki偶联聚合反应,将具有高空穴迁移率和低HOMO值的三苯胺单元引入到聚合物主链中,合成了三苯胺和苯并噻二唑衍生物的窄带隙交替共聚物PTPADHDBT。该聚合物具有较高的热稳定性和较高的开路电压。当PTPADHDBT与PCBM的质量比为1:4时具有较好的光伏性能,能量转换效率PCE为0.86％。
将富电子的硒元素引入到共轭单体中,合成了新型含硒杂环的窄带隙单体,并与三苯胺单体进行交替共聚。所得聚合物PTPASeC12具有更窄的带隙,其长波长的吸收峰为562nm,吸收边位于673nm,从而提高了该类聚合物的吸收光谱与太阳光发射光谱的匹配性。同样,聚合物PTPASeC12也具有较高的热稳定性和较高的开路电压。基于聚合物PTPASeC12的光伏器件研究表明,当PTPASeC12与PCBM的质量比为1:4时具有较好的光伏性能,其能量转换效率PCE为0.52％。