苯并稠雜環(huán)類聚合物太陽能電池材料的性能研究.pdf

1、聚合物光伏材料的吸收光譜、與富勒烯受體匹配的電化學(xué)能級、載流子遷移率和活性層形貌是影響聚合物太陽能能量轉(zhuǎn)換效率的重要因素。本文以拓寬聚合物的吸收光譜、調(diào)節(jié)電化學(xué)能級、提高載流子遷移率和改善活性層形貌為目的，設(shè)計與合成了一系列新型的以苯并二呋喃衍生物為核心的共軛聚合物，主要開展的工作如下:
　　(1)一種新的窄帶隙共軛聚合物PBDFTT-C，由噻吩并噻吩電子受體單元與苯并二呋喃給體單元通過stille偶聯(lián)反應(yīng)合成。通過核磁共振及元素

2、分析驗(yàn)證了聚合物PBDFTT-C的分子結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果顯示，PBDFTT-C擁有一個低的HOMO能級(-5.27 eV)，在薄膜狀態(tài)下的吸收波長范圍為300～840 nm，因此它獲得了一個非常窄的光學(xué)帶隙(1.48 eV)。通過空間電荷限制電流法(SCLC)測得它的空穴遷移率為5.4×10-3 cm2·V-1·s-1。初始的光伏器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT∶PSS/PBDFTT-C∶PC71BM(1∶1.5，w/w)/Ca/Al，當(dāng)在活性

3、層中加入3％的DIO時，它的能量轉(zhuǎn)換效率提高到4.4％，其中開路電壓0.66 V，短路電流10.45 mA·cm-2，填充因子為0.64。
　　(2)通過Stille偶聯(lián)反應(yīng)合成了苯并二呋喃為給體的三種窄帶隙聚合物(PBDFDODTBT、PBDFDTBTz和PBDFDTBO)。三種聚合物都能很好的溶解在氯仿、四氫呋喃及氯苯等普通的溶劑中，且它們都具有良好的成膜性。它們的分子結(jié)構(gòu)由核磁共振及元素分析法驗(yàn)證，分子量采用凝膠色譜法(GP

4、C)測定，熱學(xué)性能由熱重分析法(TGA)測定。PBDFDODTBT與PC71BM按照1∶2共混，通過SCLC方法測得它的空穴遷移率達(dá)到6.7×10-2 cm2·V-1·s-1。當(dāng)光伏器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT∶PSS/PBDFDODTBT∶PC71BM(1∶2，w/w)/Ca/Al，能量轉(zhuǎn)換效率為4.5％，其中開路電壓為0.69 V，短路電流為9.87 mA·cm-2。
　　(3)通過Stille偶聯(lián)反應(yīng)合成得到了兩種側(cè)鏈為烷基

5、噻吩的苯并二呋喃類聚合物。所有聚合物都能很好的溶解在普通的溶劑中，且具有良好的成膜性。通過改變不同的電子受體單元來調(diào)節(jié)聚合物的吸收光譜及電化學(xué)能級。聚合物與PC71BM共混通過SCLC方法算得它的的空穴遷移率可達(dá)到10-1數(shù)量級之高。光伏器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT∶PSS/PBDFTDTBT∶PC71BM(1∶1.5，w/w)/Ca/Al時，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)6.0％，相應(yīng)的開路電壓為0.76 V，短路電流為12.04mA·cm-2。<

6、br>　　(4)合成了三種側(cè)鏈為烷基噻吩的苯并二噻吩類聚合物(PBDTTDTBT、PBDTTDTBP和PBDTTDTBTz)。三種共聚物具有很好的溶解性能、寬闊的紫外可見吸收光譜以及合適的電化學(xué)能級。通過改變不同的電子受體來調(diào)節(jié)聚合物的吸收光譜及電化學(xué)能級。通過場效應(yīng)晶體管法(FET)測得共聚物的空穴遷移率達(dá)到10-2數(shù)量級，當(dāng)聚合物與PC71BM共混時，通過SCLC方法測得空穴遷移率高達(dá)10-1數(shù)量級。光伏器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT

7、∶PSS/PBDTTDTBO∶PC71BM(1∶1.5，w/w)/Ca/Al時，能量轉(zhuǎn)換效率為5.9％，開路電壓為0.84 V，短路電流為11.45 mA·cm-2。據(jù)我們所知，這是目前報道的以DTBO為受體的共聚物中能量轉(zhuǎn)換效率最高的數(shù)值。
　　(5)首次合成了一種側(cè)鏈含有烷基鏈的奈并二呋喃為給體單元的聚合物PNDFDTBT。通過核磁共振、凝膠滲透色譜法、熱失重分析、紫外吸收光譜、循環(huán)伏安法對聚合物PNDFDTBT進(jìn)行了詳細(xì)的表