雙噻吩乙撐支鏈共軛聚合物-CdS基光伏材料及器件的研究.pdf

1、苯并[1，2-b∶4，5-b']二噻吩(BDT)因具有對(duì)稱(chēng)的平面結(jié)構(gòu)，較強(qiáng)的π-π堆積作用，較高的空穴遷移率(0.25cm2V-1s-1)通常被用作聚合物給體材料的構(gòu)建單元。雙噻吩乙撐基團(tuán)具有利于載流子傳輸、較大的共軛程度和帶隙窄等優(yōu)點(diǎn)，因此本論文在苯并[1，2-b∶4，5-b']二噻吩(BDT)的4，8位引入雙噻吩乙撐基團(tuán)，合成了具有更大共軛面和共軛長(zhǎng)度，且溶解性良好的電子給體單元4，8-雙[5-((E)-2-（4，5-二癸基噻吩-2

2、-基）乙烯基）噻吩-2-基]苯并[1，2-b∶4，5-b']二噻吩(BDT-TVTC10)，并與性能優(yōu)良的受體單元合成了一系列新型的D-A型共軛聚合物。而CdS具有較高電子遷移率和環(huán)境穩(wěn)定性，因此在制備器件時(shí)不僅以PFN做陰極傳輸層還選用CdS作為陰極傳輸層，器件結(jié)構(gòu)為ITO/CdS(或PFN)/Polymer∶PC61BM(或PC71BM)/MoO3/Ag，并對(duì)其性能進(jìn)行了表征。主要包括如下內(nèi)容:
　　1、在第二章中，以2-溴-

3、3-癸基噻吩和2-甲基噻吩為原料合成了電子給體單元4，8-雙[5-((E)-2-（4，5-二癸基噻吩-2-基）乙烯基）噻吩-2-基]苯并[1，2-b∶4，5-b']二噻吩(BDT-TVTC10)，與電子受體單元3，7-二（2-溴-3-辛基噻吩-5-基）-萘并[1，2-c∶5，6-c']雙[1，2，5]噻二唑通過(guò)Stille偶聯(lián)反應(yīng)得到共軛聚合物PBDT-TVT-DTNTC8。其在薄膜中的吸收帶邊為817nm，光學(xué)帶隙Eg為1.52 eV

4、，EHOMO為-5.36 eV，ELUOMO為-3.84 eV。當(dāng)器件結(jié)構(gòu)為ITO/CdS/PBDT-TVT-DTNTC8∶PC71BM(1∶1，3％ DIO)/MoO3/Ag時(shí)，該器件的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)為2.29％，其VOC為0.71V，JSC為6.70 mA/cm2，F(xiàn)F為48.10％。當(dāng)以PFN為陰極傳輸層，PBDT-TVT-DTNTC8∶PC71BM(1∶1，3％ DIO)為活性層時(shí)器件的PCE最高，為3.21％。

5、　　2、在第三章中，因?yàn)閮?nèi)酰胺基團(tuán)(O=C-NR)是缺電子基團(tuán)，且通過(guò)在N原子上引入烷基鏈可以改善聚合物的溶解性，因此本章中合成了含有O=C-NR結(jié)構(gòu)的電子受體單元6，6'-二溴-N,N'-（2-丁基辛基）-異靛藍(lán)和2，5-二己基癸基-1，4-二氧-3，6-二（5-溴噻吩）吡咯并[3,4-c]吡咯，并與給電子單元BDT-TVTC10通過(guò)Stille反應(yīng)，得到了兩個(gè)共軛聚合物PBDT-TVT-IDBO和PBDT-TVT-DPPHD。它們?cè)?/p>

6、薄膜中的吸收帶邊分別為760、839 nm，Eg分別為1.63和1.48 eV。通過(guò)光學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)可知，聚合物EHOMO能級(jí)分別為-5.45和-5.33 eV; ELUMO能級(jí)分別為-3.82和-3.85 eV。當(dāng)器件結(jié)構(gòu)為ITO/CdS/PBDT-TVT-IDBO∶PC61BM(1∶1.5，3％ DIO)/MoO3/Ag時(shí)，該器件PCE最高為0.52％，其Voc為0.83 V，Jsc為1.59 mA/cm2，用F為39.79％。當(dāng)器

7、件結(jié)構(gòu)為ITO/CdS/PBDT-TVT-DPPHD∶PC61BM(1∶1.5，3％ DIO)/MoO3/Ag時(shí)，該器件PCE最高，為0.76％，其Voc為0.72 V，Jsc為1.93mA/cm2，F(xiàn)F為55.21％。
　　3、在第四章中，合成了具有較強(qiáng)吸電子能力，合成簡(jiǎn)單和較好的空氣穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)的電子受體單元苯并[1，2，5]噻二唑(BT)，并在該單體中引入氟原子合成了另一電子受體單元5，6-二氟[1，2，5]苯并噻二唑(FB

8、T)，以期望通過(guò)氟原子的引入而降低聚合物的HOMO能級(jí)，從而提高器件的開(kāi)路電壓。并通過(guò)Stille偶聯(lián)反應(yīng)與電子給體單元BDT-TVTC10，合成聚合物PBDT-TVT-BT和PBDT-TVT-FBT，這兩個(gè)聚合物具有良好的熱穩(wěn)定性和溶解性。在薄膜中的吸收帶邊分別為799、732 nm，光學(xué)帶隙分別為1.55、1.69 eV。EHOMO能級(jí)分別為-5.18、-5.38 eV，即通過(guò)氟原子的引入使聚合物的HOMO能級(jí)明顯降低;ELUMO能

9、級(jí)分別為-3.63、-3.69 eV。當(dāng)器件結(jié)構(gòu)為ITO/CdS/PBDT-TVT-BT∶PC61BM(1∶2，3％ DIO)/MoO3/Ag時(shí)，該器件PCE為0.23％，其Voc為0.69 V，Jsc為1.04 mA/cm2，F(xiàn)F為31.89％。當(dāng)器件結(jié)構(gòu)為ITO/CdS/PBDT-TVT-FBT∶ PC61BM(1∶2，3％DIO)/MoO3/Ag時(shí)，該器件PCE為0.36％，其Voc為0.76 V，Jsc為1.33 mA/cm2，