共轭聚合物材料具有良好的结构可控性和广泛的原料来源,且可通过多种方式来调控能级轨道、提高光吸收能力及电导率、成为新一代研究和开发的热点。通过将给电子单元和吸电子单元结合起来形成推拉电子结构的给体-受体型共轭聚合物可使共轭长度增加、交替键长减少、能带隙减小。同时给体-受体结构的聚合物链之间易发生分子内的电荷转移,也可使吸收光谱红移。而二维给受体型共轭聚合物可通过主链结构调节、侧链修饰、二维共轭长度调控等方法来调节聚合物材料的结构,从而可拓宽吸收光谱,促进聚合物主链上各向同性电荷的传输使得载流子迁移率更加平衡。本文设计合成了一系列新型的共轭聚合物材料,研究了这些材料作为本体异质结聚合物太阳能电池给体材料时的光伏性能,同时也探索了这些材料的电致变色性能,并结合理论计算做出了合理的解释说明和预判。本文主要做了以下四方面的研究工作：1.在本章中我们制备了一系列基于茚并芴(IDF)为给体单元,分别以二苯基喹喔啉(DQ)、二噻吩二酮吡咯并毗咯(DPP)、吡啶噻二唑(PyT)为受体单元的聚合物材料PIDFDQ、PIDFDPP、PIDFPyT。由于IDF给体与DQ受体之间的强烈空间位阻,致使聚合物PIDFDQ只有有限的光谱吸收范围,制成的器件光电转换效率只有0.50%,短路电流只有1.80 mA/cm2.强受体单元PyT的引入,降低了聚合物PIDFPyT的带隙,聚合物的短路电流相对于PIDFDQ也有了较大的提升达到了5.24 mA/cm2,光电转换效率为1.39%。而DPP单元优异的平面性和较低的位阻,使得聚合物PIDFDPP吸收光谱明显进一步拓宽,呈现出相对较好的器件性能,其光电转换效率为1.69%,短路电流为6.57mA/cm2。2.采用主链给体-侧链受体的共轭聚合物结构,本章合成了三个二维共轭聚合物PIDTTPABT1、PIDTTPABT2和PIDTTPABT3。三者的主链结构为二环戊二烯苯并二噻吩(IDT)与三苯胺(TPA)交替连接,侧链结构为苯并噻二唑(BT)与其键接的不同的吸电子单元。研究发现PIDTTPABT系列聚合物的平面性较差,能带隙较大,光学吸收较差。通过在主链上引入DPP单元,共聚聚合物PIDTTPABTDPP的光学吸收有了明显的改善,在薄膜状态下长波吸收段出现了明显的红移。3.本章研究了基于三苯胺和IDT作为主链,BT为侧链的二维共轭聚合物PIDTTPABT的电致变色性能。光谱电化学测试发现PIDTTPABT在453 nm处的光学对比度为20%,响应时间为3.72s；在672nm处的光学对比度为15%,响应时间为2.07s,颜色在褐色与绿色之间可逆转变。为进一步探索二维聚合物的电致变色性能,我们也研究了主链和侧链都是D-A型结构的共轭聚合物PBTTPABT的光谱电化学性能。研究发现PBTTPABT在508nm处的光学对比度为8.5%,响应时间为0.96s;在710 nm处的光学对比度为25%,响应时间为4.26s,颜色在红色与淡绿色接近透明态之间可逆转变。这些性质表明PIDTTPABT和PBTTPABT在电致变色领域有广阔的应用前景。相比较而言,主侧链都是D-A型结构的共轭聚合物PBTTPABT的性能更加优越。4.本章通过密度泛函方法研究了一系列二维共轭聚合物P1-P9的平面性。其中P1-P4的主链结构为二环戊二烯苯并二噻吩(IDT)与三苯胺(TPA)交替连接,侧链结构为BT与其键接的不同的吸电子单元。与P1-P4相比,P5-P8结构上的不同只是用苯并二噻吩(BDT)取代了IDT。研究结果表明,用BDT取代IDT减小给电子单元侧链键接的基团与受体之间的空间位阻,聚合物的平面性有一定程度的改善,BT侧链键接的不同的吸电子单元对聚合物的主链构型几乎没有影响。通过在IDT与TPA间引入噻吩乙烯单元,发现聚合物P9主链平面性得到了很大的改观,二面角只有9.65°,表明P9的吸收光谱相对于P1-P8应有明显的拓宽。对侧链我们用了相同的方法来调节平面性,结果表明通过引入位阻较小的单元同样能够优化侧链的平面构型,达到改善聚合物吸收光谱的目的。侧链键接的基团吸电子能力的不同会对聚合物的HOMO、LUMO值有影响,进而影响聚合物的能带隙和吸收光谱,吸电子能力越强,HOMO、LUMO相对较小。理论上P5-P9都具有较强的捕获光量子能力、供/受体界面激子分离能力和电荷传输性质。这对今后聚合物的设计具有指导意义。