● 摘要
能源危机和全球气候变暖两大问题，促使各国政府推动可再生能源的发展，而太阳能在可再生能源行业的地位举足轻重。近十年来，对有机太阳能电池的研究引起了各国科学家的关注，与无机薄膜电池相比，聚合物薄膜太阳能电池具有制备工艺简单、成本低、重量轻以及可制成柔性器件等突出优点。但是与传统的太阳能电池相比，目前聚合物薄膜太阳能电池的能量转换效率偏低，这主要原因是电池的电荷收集和转移效率较低。本文从两个方面解决这个问题，希望设计在可见-红外光谱范围内有吸收的新型聚合物给体材料以及制备有良好有序性的给受体活性层。
在绝大多数的异质结有机光电（OPV）材料中，聚合物光活性层的制备已经引起了广泛的关注。高度有序的聚合物（给体）/PCBM衍生物（受体）共混物已经被研究。由于这样的层结构的存在，激子几乎能全部转变成自由电荷，电子和空穴可以在不同的相间转移。在本论文中，一种制备高度有序的光活性层的新方法被提出，通过将9,9-二辛基芴-2,7-二-2-噻吩聚合物（PFO-Th）给体材料吸附在ITO电极表面。众所周知，PFO-Th是一种很好的给体材料，它具有低的能隙以及在可见-红外光范围有良好的吸收。吸附在ITO表面的有序的给体聚合物刷将会成为引人关注的替代物。对于太阳能电池，由于给体聚合物通过化学的方法直接结合在阳极材料的表面上，这样有助于电荷的注入以及电荷的转移。这里采用“grafting from”方法制备聚合物刷。具体内容如下：
（1）单体的合成：合成的单体包括2,7-二（4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二恶硼烷）-9,9-二辛基芴、9,9-二辛基芴-2,7-二硼酸二（1,3-丙二醇）、2,5-二溴噻吩及4-溴苄基亚磷酸。并且利用FT-IR以及1H NMR对这些单体进行了结构表征。
（2）引发剂单分子膜的制备：将引发剂（4-溴苄基亚磷酸）单体通过自组装技术（self-assembly technique）吸附于ITO基底表面上，形成了有序的单分子层。在此过程中通过接触角的测试研究了吸附时间、引发剂浓度等对单分子膜性能的影响，优化吸附条件，得到最佳吸附条件为：引发剂浓度15 mM，吸附时间12 h。
（3）聚合物薄膜的制备：在催化剂存在下，2,5-二溴噻吩与2,7-二（4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二恶硼烷）-9,9-二辛基芴通过表面引发Suzuki缩聚反应与单分子膜反应得到二维有序的聚合物薄膜（或聚合物刷）。研究了聚合条件对聚合物薄膜性能的影响，比如：聚合时间、单体浓度等。从扫描电子显微镜和原子力显微镜对聚合物薄膜的形貌表征结果可以看出，聚合物薄膜表面为球状颗粒，颗粒之间有空隙，空隙的存在将有利于下一步受体材料的填充。通过对不同聚合条件下聚合物薄膜的电子衍射能谱（XRD）的测试，结果表明随着聚合时间的延长，聚合物薄膜的长程有序性增加，随着聚合单体浓度的增加，聚合物薄膜的长程有序性也随之增加。对聚合物薄膜进行不同退火处理后，测试XRD，结果表明随着退火温度的提高，聚合物薄膜的长程有序性减弱。除此之外，还对聚合物薄膜进行了光电性能测试，循环伏安的测试结果表明，随着聚合时间的延长及聚合单体浓度的增加，所得聚合物薄膜的带隙随之降低。电流-电压（I-V）测试结果表明，聚合物薄膜与基底ITO表面之间的接触为欧姆接触，说明其具有良好的导电性。
关键词：太阳能电池，聚合物薄膜，芴的衍生物，噻吩，给体材料
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