近年来,共轭聚合物由于其特殊的结构与光电性能而受到广泛关注,其中发光二极管和太阳电池是最有可能实现其商业应用的方向。 在聚合物发光二极管的研究中,蓝光和红光材料的效率较低,并且通常情况下蓝光材料的稳定性不高,因此得到稳定高效的蓝色发光材料对于全彩显示是极为重要的。此外,白光发光材料由于其可能在固体照明方面得到应用,也受到人们的广泛关注。 聚合物太阳电池的能量转换效率比无机太阳电池的效率低很多,限制其效率的一个重要因素是作为光电池的电子给体相材料-共轭聚合物的吸收带太窄,与太阳光的发射谱不匹配,提高的办法之一是合成出新型窄带隙共轭聚合物,使其吸收延伸至近红外光区,以与太阳光谱有尽可能多的覆盖。此外,通过窄带隙单元的设计,实现高效聚合物近红外的电致发光也有可能用在光通讯上得到应用,亦受到人们的广泛关注。合成可以采用溶液方法加工的小分子寡聚物太阳电池给体材料也是得到高效有机聚合物太阳电池的一个可能的研究方向。 我们的研究工作就是以此作为重点。通过单体的设计与合成,实现了稳定的芴基蓝光和单一聚合物白光材料,芴基近红外电致发光材料,一系列窄带隙聚合物和寡聚物太阳电池给体材料。对所得聚合物和寡聚物全面地研究了它们的紫外可见光吸收性质、电化学特性、光致发光性能、电致发光性能,对窄带隙化合物还进行了光伏电池特性研究。另外,本论文还包括少量合成共轭聚电解质的工作,我们尝试了其在有机聚合物场效应管介电层中的应用。 本论文中,聚[2,7-(9,9-二辛基)芴-2-己基-苯并三唑](PFO-HBT)聚合物蓝光二极管的器件性能最大外量子效率为1.73％最大流明效率为2.87cd/A。EL光谱表现为较好的蓝光CIE(0.15,0.17),电致发光器件在连续操作下和不同电压下表现出较好的光谱稳定性。 聚[2,7-(9,9-二辛基)芴-2,3-二甲基-5,8-二噻吩-喹喔啉](PFO-DDQ001、DDQ002)聚合物自光二极管最大外量子效率为2.64％最大流明效率为4.06cd/A,EL光谱表现为较好的白光,色坐标接近纯白光(0.37,0.34),并且电致发光器件在不同电压下表现出较好的光谱稳定性。 聚[2,7-(9,9-二辛基)芴-6,7-二甲基-4,9-二(4-己基噻吩)-)-[1,2,5]-苯并噻二唑[3,4-g]喹喔啉](PFO-DDTQ)聚合物近红外发光二极管,EL光谱峰值位于0.8μm-0.9μm间,最大外量子效率为0.30％,为同类器件中较高的效率。 基于窄带隙共轭聚合物-聚[2,7-(9,9-二辛基)芴-2,3-二甲基-5,8-二噻吩-喹喔啉](PFO-DDQ30)为电子给体的太阳电池最大能量转换效率为1.18％,开路电压0.9V,短路电流密度2.66mm/cm2。光敏曲线覆盖300nm-700nm。 基于窄带隙寡聚物甩膜制备非掺杂发光器件波长为迄今报道的最长的数据之一(867nm)。基于该系列寡聚物的太阳电池,在模拟太阳光AM1.5下,最大能量转换效率为0.75％开路电压0.75V短路电流密度1.95mA/cm2。这是采用溶液甩膜制备寡聚物异质结太阳电池中较好的性能,其光电响应接近1000nm,是所见报道中最长的之一。 基于共轭聚合物电解质-聚[9,9-二辛基芴-9,9-(双(3-(N,N-二甲基)-N-乙基铵)丙基)芴-4,7-二(N-甲基吡咯)-2,1,3-苯并噻二唑]二溴(PFNBr-DPT)为绝缘层的有机FET器件(活性层P3HT),在低的操作电压下(｜VD｜<3 V,｜VG｜<3 V),得到较高的电流(～-4.5mA at VG=-3 V)。器件当栅电压为-3V时,电容值为200 μF/cm2, 由此计算的电荷密度约为～1015charge/cm2,计算的P3HT迁移率高达为1.2 cm2/Vs.2这两个特性对于OFET的实际应用很重要.通过改变聚合物共聚单元的比例,基于共轭聚合物电解质前驱体-聚[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴-4,7-二(N-甲基吡咯)-2,1,3-苯并噻二唑](PFN-DPT)与Ta2O5双层绝缘层有机场效应管器件,可以将器件的阈值电压调节至接近0V。