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利用光电器件将太阳能转化为电能是解决当今能源危机的重要举措。有机太阳电池材料因其自身特有的优势如质量轻易携带、产品成本低廉、柔性良好应用价值高,成为研究热点。目前最新报道的聚合物太阳电池的光电转换效率(PCE)已超过13%。在此良好的发展趋势下,设计合成具有较宽吸收光谱、高空穴迁移率及合适能级的聚合物材料是我们努力实现的目标。本文的工作重点是合成三种含芳香稠环单元的聚合物,通过研究材料的光学、电化学和光伏性能,揭示材料的分子结构与器件性能之间的关系,为今后研究工作提供新的思路。本文系统阐述了聚合物太阳电池器件的发展、工作原理及材料的表征手段,并通过Stille聚合反应制备了七种给体-受体(D-A)型共轭聚合物,主要内容如下:(1)设计合成了以噻吩并苯并二噻吩(BDTT)为给体,噻吩并吡咯二酮(TPD)为受体材料的两种具有大平面结构的聚合物PBDTT-EH和PBDTT-EO。在分子骨架相同情况下,PBDTT-EO的烷基侧链更长,表现出更佳的溶解性;由于聚合物的平面性较大,在紫外-可见吸收光谱中展现良好的π-π堆积效应,根据C-V曲线图得出的聚合物的HOMO能级有差异,归因于烷基链的不同。在器件的光伏性能表征中,基于PBDTT-EH和PBDTT-EO的器件效率分别为1.92%和2.86%,结果表明烷基侧链的选择可改变共轭程度,影响器件效率。(2)利用喹喔啉(Qx)单元分别与噻吩取代的苯并噻二唑(DTBT)及氟化的噻吩取代的苯并噻二唑(DFBT)聚合,合成两种聚合物PDTBT-Qx以及PDFBT-Qx。将DTBT以不同氟原子取代后,促进分子内氢键的形成,加强分子间的相互作用;通过较长的2-癸基十四烷基取代喹喔啉单元,改善聚合物的溶解性,并提高聚合物分子的平面性。PDTBT-Qx器件效率比氟取代的聚合物的器件效率相对较低,主要是因为吸收光谱蓝移所致。(3)合成以氟代的联噻吩(PT)衍生物为给体,喹喔啉(Qx)的衍生物为受体的含不同氟原子数目的三种聚合物PQx-PT、PFQx-PT以及PFFQx-PT。利用氟代联噻吩中“F—S分子锁”效应,增强聚合物骨架的平面性以及结晶性。光学性能显示随着取代基氟原子个数增多,光谱发生蓝移,三个聚合物的光学带隙分别为1.48eV、1.57 eV和1.66 eV。可以发现随着F原子的增加,光学带隙随之增大。