含氰基的新型D-A共轭聚合物在聚合物太阳能电池中的应用

【摘要】作为一种非常有潜力的可再生能源，体异质结型（BulkHeterojunction,BHJ）聚合物太阳能电池（PolymerSolarCell,PSC）近年来受到了广泛关注。然而，直至现在，器件的能量转换效率（PCE）仍然是制约聚合物太阳能电池市场化应用的最大因素之一。众所周知，由PCE的计算公式可知，PCE正比于聚合物太阳能电池的开路电压（Voc），短路电流（Jsc）和填充因子（FF）。所以一个理想的聚合物应该具有较宽的吸收光谱来得到较高的Jsc，相对较深的最高占据轨道（HOMO）来得到较高的Voc以及较高的迁移率和较好的平面性来得到较高的FF。此外，聚合物的分子量和活性层的微观形貌也应进行优化。由于可以通过调整给电子能力不同的给体单元和吸电子能力不同的受体单元来增强聚合物分子内的电荷转移（ICT），因此窄带隙DA共轭聚合物被广泛地研究。为了获得较高的Voc、Jsc和FF，研究人员做出许多改变，包括通过修饰优化共轭聚合物的分子结构来调整其器件的光电性能，从而提高其光伏性能。1）我们设计合成了四个窄带隙聚合物，通过钯催化的Stille交叉偶联反应得到POP、POT、PTP和PTT，它们由不同取代基取代的BDT给体单元和包含不同π桥的BCNV受体单元组成。当苯基π桥被噻吩基π桥替换后，与POP和PTP相比，POT和PTT具有更宽的吸收光谱和更小的光学带隙。由于氰基（CN）吸电子基团的引入和BDT给体单元的选择，四个聚合物都具有较深的HOMO能级，能级位于5.48eV和5.37eV之间，从而在聚合物太阳能电池中获得较大的Voc。对四个聚合物系统的表征显示出这些聚合物具有明显的缺点，如较差的分子平面性、聚合物本身的缺陷或杂质和由BCNV造成的高激子复合率，而这些缺点导致聚合物的效率很低。2）为了深入探讨引入的CN基团数目对聚合物性能的影响，我们设计合成了三个聚合物，POT–DH、POT–HCN和POT–DCN，它们包含相同的给体单元BDT和带有不同数目CN基团的受体单元，所含CN基团的数目对应聚合物分别为0、1和2。我们首次系统地研究了引入的CN基团的数目对聚合物的光电性能、分子排列、微观形貌和光伏性能的影响。随着引入CN基团数目的增加，聚合物具有更宽的吸收光谱、更小的光学带隙和更深的HOMO能级。而聚合物的分子平面性也随着CN基团数目的增加而变差，从而导致聚合物更差的分子排列和微观形貌。两个CN基团的引入造成了最差的微观形貌、无效的电荷转移和非常低的器件性能。引入了一个CN基团的POTHCN具有最高的效率4.21%。因此，我们相信，通过控制引入的CN基团的数目，我们能够很好地调整这个系列聚合物的分子的平面性和LUMO/HOMO能级，从而得到理想的光电性能、良好的微观形貌和较高的光伏性能。这也为我们提供了一个思路，就是通过调整引入的吸电子基团的数目来优化聚合物的分子结构和器件效率。
【作者】陆佳灵；
【导师】马万里；
【作者基本信息】苏州大学，材料学，2014，硕士
【关键词】氰基；苯唑二噻吩；共轭聚合物；聚合物太阳能电池；

【参考文献】
[1]黄泽炳.选择性激活大麻素受体2(CB2R)抑制胰腺腺泡细胞内钙信号：一种新的治疗急性胰腺炎的细胞机制[D].中南大学,临床医学,2014,博士.
[2]韩建妙,刘业政.基于遗传算法的超市最短导购路径推荐[J].计算机工程与应用.
[3]秦晗.45例骨肉瘤新辅助化疗临床分析[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[4]张忠远.基于交直流复合磁化的储罐钢板漏磁检测技术研究[D].厦门大学,测试计量技术及仪器,2014,硕士.
[5]刘瑞冰.学生指纹考勤系统的设计及关键问题研究[D].华侨大学,计算机技术（专业学位）,2014,硕士.
[6]黄庆红.国际半导体技术发展路线图(ITRS)2013版综述(1)[J].中国集成电路,2014,09:25-45.
[7]史敏.中外建筑节能法律制度比较研究[D].山西财经大学,环境与资源保护法学,2014,硕士.
[8]金恩惠.冲泡条件对铁观音和普洱茶的浸出规律和感官品质影响[D].浙江大学,茶学,2012,硕士.
[9]徐丽慧.中国监事制度研究[D].吉林大学,民商法学,2004,硕士.
[10]张丽丽.中国外汇储备的统计解析[D].河北经贸大学,统计学,2013,硕士.
[11]武智勇,康重庆,赵儆,高峰,沈瑜,夏清,黄日星.电力市场综合信息管理平台(一)——总体设计与实现[J].电力自动化设备,2001,10:33-36+50.
[12]陶星君.工程图纸管理系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[13]孙光坤.人大及其常委会监督工作研究[D].大连理工大学,马克思主义理论与思想政治教育,2004,硕士.
[14]宋荆汉,李涛,朱伟,陈传波.大规模分布式入侵检测系统的研究[J].计算机工程与应用,2003,04:172-174.
[15]安红忠.雄浑凝重 大朴不雕—杨永葳水彩画艺术特色研究[D].广西师范大学,美术学,2013,硕士.
[16]申宝.基于多目标动态规划模型的土地利用结构优化研究[D].西南大学,自然地理学,2013,硕士.
[17]李娟.滨海商业银行绩效管理的研究[D].西南交通大学,工商管理,2003,硕士.
[18]李文涛.股价大幅波动中的投资者预期变化研究[D].南京财经大学,数量经济学,2012,硕士.
[19]方岸林.盾构隧道预应力管片接头力学性能试验研究[D].河南科技大学,结构工程,2014,硕士.
[20]王雪松.TiN/TiO_2纳米复合材料制备及光吸收性能[D].大连理工大学,材料工程（专业学位）,2013,硕士.
[21]雷志雄.活血通络法治疗慢性乙型肝炎肝纤维化瘀血阻络证的临床观察[D].湖北中医药大学,中医内科学（专业学位）,2013,硕士.
[22]胡之武,邱家驹,王康元.电力系统节点运行数据等高线可视化实现方法[J].电力系统自动化,2005,08:55-59.
[23]仲英洁.急性时相血清淀粉样蛋白A及阿托伐他汀对血管钙化的影响及作用机制研究[D].南京医科大学,内科学,2013,硕士.
[24]马刚.压气机燕尾榫联接结构微动疲劳寿命研究[D].南京航空航天大学,航空宇航推进理论与工程,2004,硕士.
[25]周悦.基于胜任力模型的科级公务员绩效考核研究[D].大连理工大学,MPA,2013,硕士.
[26]王嘉慧.金东仁和滕固的唯美主义倾向作品比较[D].山东大学,亚非语言文学,2013,硕士.
[27]宫晓蕙.“嫦娥一号”卫星微波探测对月表参数反演的理论与应用[D].复旦大学,电磁场与微波技术,2013,博士.
[28]刘玉娟.强阻尼波动方程及粘弹性方程的高效有限元分析[D].郑州大学,计算数学,2013,硕士.
[29]崔燕.汉语人体名词研究[D].青岛大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[30]杨光.整体叶轮的五轴数控加工与仿真研究[D].西安科技大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[31]董婷婷.白光LED用稀土荧光粉体的制备及发光性能研究[D].吉林大学,材料学,2014,硕士.
[32]孙慧颖.对外汉语初级综合教材语音编排研究[D].吉林大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[33]易金聪.基于FBG传感阵列的智能结构形态感知与主动监测研究[D].上海大学,控制理论与控制工程,2014,博士.
[34]金亮.改革开放以来翁牛特旗白音敖尔嘎查畜牧业发展研究[D].内蒙古师范大学,中国少数民族史,2012,硕士.
[35]薛彩霞.决策支持系统若干应用研究[D].武汉理工大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[36]赵波.江西漂塘石英脉型黑钨矿床成矿深度估算[D].中国地质大学（北京）,地球化学,2013,硕士.
[37]何波.网络套现行为的刑法审视[D].华侨大学,刑法学,2013,硕士.
[38]苏畅.合成地震动场相关（干）性对大跨桥梁地震反应的影响[D].哈尔滨工业大学,建筑与土木工程,2014,硕士.
[39]张鑫淼.对当代中国武术存在问题的分析与思考[D].辽宁师范大学,民族传统体育学,2012,硕士.
[40]党萍萍.AZ31B/Cu扩散钎焊工艺及焊接接头组织和性能研究[D].西安科技大学,材料加工工程,2014,硕士.
[41]顾海东.论吴江民营工业的发展[D].苏州大学,农业经济管理,2003,硕士.
[42]张捷.应变硅纳米MOS器件研究[D].西安电子科技大学,微电子学与固体电子学,2012,硕士.
[43]杨玉渟.试论托马斯关于理性与信仰的学说[D].华中师范大学,马克思主义哲学,2014,硕士.
[44]杨根生,王文喜,陈建锋,胡晓燕.口服自乳化给药体系的研究进展[J].中国现代应用药学,2004,S1:27-30.
[45]白运洲.大跨度隧道断层破碎带围岩衬砌荷载作用与变形特性研究[D].长安大学,岩土工程,2014,硕士.
[46]周丹.宋代金曲《念奴娇》词研究[D].兰州大学,中国古代文学,2013,硕士.
[47]JIJian,LIXiao,XUShuang-xing,LIUHuan,HUANGJing-jing.SARImageDespecklingbySparseReconstructionBasedonShearlets[J].自动化学报.
[48]许波.β-胡萝卜素微胶囊制备工艺的研究[D].华中科技大学,生物医学工程,2011,硕士.
[49]张家莹.ALK5在青光眼滤过术后滤过道瘢痕化中的调控作用[D].复旦大学,眼科学,2012,博士.
[50]高雪.A族链球菌上调A20表达以抑制巨噬细胞功能的机制研究[D].河北医科大学,免疫学,2014,硕士.