共轭聚合物材料具有可溶液加工、成膜性好、可大面积生产等优点,广泛地应用于场效应晶体管、有机发光二极管和太阳能电池器件中。聚3-己基噻吩(P3HT)和聚[[4,8-二[(2-乙基己基)氧代]苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩-2,6-二基][3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩并[3,4-b]噻吩二基]](PTB7)作为经典的共轭聚合物材料,它们的结构和性能被科学家们深入研究。P3HT是一种“毛杆状”的半晶聚合物,具有主链刚性、侧链柔性的特点,分子结构单一,有序性较高。PTB7是一种典型的窄带隙光电材料,可实现太阳能电池的高光电转换效率,具有良好的应用前景。一个性能优良的光电器件离不开三个方面因素:高迁移率材料的合成、材料有序结构的调控以及器件结构的优化。其中,共轭聚合物有序结构的调控往往被人们忽略。然而,分子链构象和有序结构的不同会完全改变聚合物的电子结构和光物理性质。因此,研究聚合物材料有序结构的变化具有十分重要的理论和实际意义。聚合物是一种软物质,具有“弱刺激强响应”的特点,对外界刺激十分敏感。因此,本论文中利用外场(电场、溶剂场、温度场等)诱导P3HT和PTB7分子链在溶液和薄膜中发生构象转变,形成更为有序的结构,从根本上提高载流子迁移率,达到提高光电器件效率的目的。本论文主要分为三部分研究工作:第一部分工作中,我们利用具有方向性的外场-外电场诱导极性聚合物P3HT,使其分子链构象发生转变。通过不同分子量P3HT在外电场作用下分子链构象的变化,探究链构象转变对外电场的响应差异及机理。研究发现:外电场可以诱导极性共轭聚合物P3HT分子链沿电场方向取向,形成有利于载流子传输的有序结构。此外,我们还发现分子量作为聚合物的一种本征物理性质,决定了P3HT分子链对外电场调控作用的响应程度。这部分研究对今后聚合物材料分子量的选取和把控具有重要的指导意义。第二部分工作中,我们利用不同外场(溶剂、温度、浓度)对溶液中的P3HT和PTB7分子链有序聚集尺寸进行了调控,比较了二者在同一外场作用下链构象变化的差异并分析其原因。我们通过高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)揭示了PTB7在外场作用下分子链由无序到有序的动力学演变过程。首先,我们发现:溶剂场对P3HT和PTB7分子聚集结构会产生影响。在溶剂场中,不良溶剂可使聚合物分子链与链之间的相互作用强于聚合物分子链与溶剂分子之间的相互作用,导致刚性P3HT分子链间π-π相互作用增强,有序聚集尺寸增大;而柔性PTB7分子链在不良溶剂中发生缠结,形成无定形态。其次,我们发现:温度场对P3HT和PTB7分子聚集结构会产生影响。降低温度可以降低不良溶剂的溶解性,使P3HT分子链间相互作用增强,在不良溶剂中紧密堆积,形成大尺寸有序聚集;低温也可使原本在不良溶剂中卷曲并缠结的PTB7分子链缠结程度进一步增大,导致链段间π-π相互作用增强,形成局部有序聚集。低温存在的“迟滞”现象可使P3HT和PTB7形成的有序聚集在室温下保留下来。第三,我们发现:浓度场对P3HT和PTB7分子聚集结构也会产生影响。降低浓度可使P3HT和PTB7分子链在良溶剂中变得更加舒展,使其主链共轭长度增加,有序聚集尺寸增大。第三部分工作中,我们在PTB7中混入少量P3HT,配制成混合溶液。经溶液旋涂成膜后,发现:混入P3HT分子可使PTB7分子主链共轭长度增加,分子有序性增大。当混入30%P3HT时,PTB7有序聚集尺寸达到最大。之后,我们对P3HT/PTB7混合薄膜施加外电场,发现:在外电场作用下,P3HT分子链沿电场方向取向,形成更为有序的结构。同时,P3HT的混入驱使原本不受外电场调控的PTB7分子在外电场作用下发生链扭转,形成有序结构。P3HT和PTB7二者在外电场下发挥协同作用使混合薄膜整体有序度增加,有利于载流子迁移。这一发现对于构筑三元太阳能电池器件具有指导意义。本论文从高分子凝聚态物理角度出发,利用外场分别调控共轭聚合物在溶液和薄膜中的分子链构象,使其形成有序结构,从根本上载流子迁移率,达到提高光电器件效率的目的。我们发现共轭聚合物本征物理性质对材料性能影响显著。通过简单的物理方法改善共轭聚合物聚集态结构,对今后共轭聚合物分子的设计与合成以及构筑高效率器件具有指导意义。