最近,索尼(Sony)公司推出第一款商品化有机发光二极管(OLED)平板高清电视(11英寸),拉开了OLED进入了大尺寸显示面板产业化的序幕。但有着更易加工,更低制造成本优势的聚合物发光二极管(PLED)显示器却仍然没有突破瓶颈,走向产业化。其主要问题表现在蓝光聚合物材料的寿命太短和色纯度不好。目前被认为最有产业化希望的是以聚芴为主链的聚合物。但聚芴由于本身结构的特点,造成芴的9-C电子云密度较大,易被氧化成芴酮,而造成发光波长红移。于是寻找新型高效、高稳定性、宽带隙的蓝光材料来代替聚芴成为一个重要课题。 另一方面,随着全球能源危机的到来,寻找新型、无污染的可再生能源成为一个世界性的课题。利用太阳电池以较低成本将太阳能直接转化为电能,一直是科学家们的梦想。聚合物太阳电池(polymer solar cell,PSC)由于其低成本、可滚动印刷加工(roll-to-roll printing)、柔性、轻薄等相对于无机单晶硅太阳电池的优点而备受关注。但目前PSC的光电转化效率太低(约5％)仍然不具有商业应用价值。效率偏低的一个重要原因在于聚合物给体材料的吸收光谱太窄,大多局限于可见光领域,不能吸收位于红外光区的太阳辐射；同时目前所使用的给体与受体材料的迁移率也很低,分离的载流子在到达电极被收集前,再复合的几率很高,导致短路电流较低等。所以目前PSC领域研究的一个热点问题是如何寻找具有窄带隙、宽吸收光谱、高迁移率的给体聚合物材料来提高PSC的效率。 本论文提出用新型含硅芴的聚合物及其共聚物来解决上述两个问题。 首先我们合成了与芴结构极为类似的2,7-功能化的烷基硅芴和3,6-功能化的烷基硅芴。硅芴与芴的主要区别在于将芴9-C换成了Si,由于Si的电负性比C小,造成了9-Si的电子云密度降低,从而不易被氧化,因而增强了稳定性。接下来我们合成了一系列围绕3,6-硅芴和2,7-硅芴的共轭聚合物及其衍生物,并探索了它们在PLED和PSC领域的应用,并通过对相应聚芴类聚合物的比较,得出来一系列重要而有意义的结论。 第二章,我们设计了一条新路线,经过多步反应,合成了3,6-二溴硅芴。将具有更宽带隙的3,6-硅芴以不同的比例引入到聚正辛基芴(PFO)的主链中去,其中共聚物PSiFF90的色纯度,EL光谱的热稳定性及其器件的电致发光(EL)效率都比聚芴有了明显提高。PSiFF90在326 cd m-2的亮度下,外量子效率(EQE)为3.34％,电流效率(CE)为2.02cd A-1,而且维持了良好的色纯度,色坐标为(0.16,0.07)。 第三章,我们将10％比例的3,6-硅芴引入到均聚物P27SiF的主链中去,制备了共聚物P36-27SiF90。并对均聚物和共聚物的电化学,吸收光谱,PL和EL光谱以及EL性能进行了系统的研究。发现3,6-硅芴的引入不仅提高了共聚物P36-27SiF90的色纯度,也明显提高了其器件的EL性能。共聚物P36-27SiF90的最大EQE为1.95％,最大CE为1.69 cd A-1,而且维持了良好的色纯度(0.162,0.084)。 第四章,我们将10％含量的DHTBT和BT单元分别引入到均聚物P27SiF的主链中去,首次制备了以P27SiF为主链的红色和绿色发光聚合物PSiF-DHTBT10和PSiF-BT10。PSiF-DHTBT10的最大EQE和最大CE分别达到2.89％和2.0 cd A-1,PSiF-DHTBT10的综合性能是目前文献报道的饱和红光聚合物中最好的之一。PSiF-BT10的最大EQE高达3.81％,最大CE为10.6 cd A-1,其综合性能是目前文献报道的绿光聚合物中最好的之一。通过与相应聚芴类共聚物的对比研究,我们可以看出,在引入同样含量的窄带隙单体的情况下,所得到硅芴类聚合物性能要优于聚芴类聚合物的性能。结合上一节的内容,我们不但证实了聚硅芴本身是一类很好的蓝色发光材料,同时也是很好的可作为主链的宽带隙材料。为聚硅芴在PLED方面的应用做了有益的探索。 第五章,我们首次将聚硅芴应用于聚合物太阳电池领域,合成了2,1,3-苯并噻二唑与2,7-硅芴的交替共聚物PSiF-DBT。并对其电化学,吸收光谱及其光电池性能进行了系统的研究。结构为ITO/PEDOT:PSS/PSiF-DBT:PCBM(1:2,w/w)p/Al的光电池器件在在AM1.5 G(800 W m-2)的模拟太阳光照下取得了5.4％的高能量转化效率,这是目前文献报道的非叠层器件的最高效率之一。我们将PSiF-DBT与其类似物聚芴类的PFDTBT和PFO-DBT进行了对比研究,找出了PSiF-DBT的光电池器件具有较高能量转化效率的原因。通过研究PSiF-DBT的光电池器件的性能,证明了聚(2,7-硅芴)的衍生物是一类很有希望的电子给体材料。