聚合物太阳能电池(PSCs)具有生产成本低、可用于柔性基底、可用溶液法大面积加工制备等突出的特点,所以其作为第三代太阳能电池的一种引起研究人员的广泛关注。噻吩吡咯二酮(Thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione,TPD)具有结构简单和易合成的特点,是一种很好的吸电子受体单元,其在聚合物骨架中可以形成分子内超分子锁可以使聚合物具有较好的平面性,同时其所构建的推-拉(D-A)结构将有利于减小聚合物光学带隙。本论文基于噻吩吡咯二酮单元(TPD)、二氟代苯并噻二唑单元(fffBT)和“烯桥类引达省并二硒吩”单元(DPMIDSe)等成功制备了系列聚合物,并通过系统地性质表征探讨器件性能与结构之间的关系。具体工作如下:一、借助超分子锁的TPD类共轭聚合物给体材料的制备及光伏性能研究本部分工作以TPD单元和ffBT作为聚合物受体单元,通过调控TPD和ffBT单元之间的噻吩个数设计合成了三种聚合物材料PffBT-TPD-nT(n=2,4和6)。聚合物材料均经过紫外-可见吸收光谱、电化学和光伏性能等表征。紫外可见吸收光谱表明三种聚合物均只有在400 nm-750nm处有一个主要吸收带,说明其均为中宽带隙聚合物。电化学测试结果得知,聚合物 PfffBT-TPD-2T、PfffBT-TPD-4T 和 PffBT-TPD-6T 的 HOMO能级值分别为-5.91 eV、-5.68 eV和-5.47 eV。最后,以该系列聚合物为给体材料,富勒烯衍生物(PC71BM)为受体材料,组装太阳能电池器件进行表征,结果表明三种聚合物随着噻吩单元个数的增加其HOMO值逐渐增大,短路电流和填充因子有大幅提升,但开路电压呈下降趋势,说明增加噻吩单元个数能有效提升材料的光捕获能力及激子分离效率。其中,初步优化聚合物PfffBT-TPD-6T的开路电压为0.73 V,短路电流为10.83 mA/cm2,填充因子为70.95%,光电转化效率为5.60%。二、基于“烯桥类引达省并二硒吩”的共轭聚合物合成及其光伏性能研究本部分工作设计了结构新颖的稠环给体单元“烯桥类引达省并二硒吩”(DMIDSe)。其一,向材料中引入具有sp2杂化属性的烯桥侧链,从而希望获得材料吸收光谱的拓宽。其二,引入Se杂环单元将有利于载流子的传输,从而提升光伏性能。同时,受体单元仍选择能够形成超分子作用的TPD受体单元,希望借助结构单元间的超分子相互作用实现聚合物主链结构平面化的非共价键锁定。通过采用Stille微波辅助聚合的方法制备三种基于DPMIDSe的D-A型聚合物材料。我们对其进行了紫外-可见吸收光谱、电化学和光伏性能等基本性能的测试表征。结果表明,三种聚合物具有相似的吸收峰,均有两个较为明显的吸收带。两种状态下吸收对比,其中聚合物PDPMIDSe-1的最大吸收峰发生了红移,说明薄膜状态下聚合物发生了π-π堆积。通过电化学计算可得,聚合物PDPMIDSe-1、PDPMIDSe-2 和 PDPMIDSe-的 HOMO 能级值分别为-5.48 eV、-5.37 eV和-5.36 eV,表明噻吩的引入使聚合物的能级增大。经过太阳能电池器件的初步优化,结果表明聚合物PDMIDSe-1和DMIDSe-P2表现出较好的光电转化效率,即分别为5.41%和5.46%,其开路电压为0.88 V和0.68 V,短路电流为11.07 mA/cm2和12.23 mA/cm2,填充因子为55.1%和65.6%。说明以DPMIDSe为给体单元的聚合物具有较好的发展前景。