氟原子對(duì)聚合物光伏給體材料性能的影響.pdf

1、能源危機(jī)的到來，迫使人們將焦點(diǎn)聚集在新型能源的發(fā)展與研究上。而聚合物太陽(yáng)能電池作為新型能源的典型代表，具有廣闊的應(yīng)用前景，逐漸成為目前國(guó)際上研究和關(guān)注的熱點(diǎn)。
　　 含氟聚合物太陽(yáng)能電池給體材料具有熱穩(wěn)定性高，抗氧化和抗老化等性能優(yōu)良的特性，有望作為高性能光伏材料使用。將氟原子引入到光伏聚合物中可以調(diào)控聚合物的電子能級(jí)，同時(shí)賦予聚合物分子較好的共平面性，以獲得高性能的聚合物光伏材料。因此，有關(guān)含氟聚合物的合成及其氟對(duì)聚合物光伏性

2、能的影響規(guī)律的研究文獻(xiàn)日漸增多，然而其結(jié)論卻不盡相同，不同的體系表現(xiàn)出不同的規(guī)律。本文選取苯并二噻吩（給體單元D）與苯并噻二唑（受體單元A）組成的D-A型聚合物光伏材料體系為研究對(duì)象，研究了氟原子對(duì)此類聚合物光伏材料及其光伏器件性能的影響規(guī)律，其主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 1、以苯并二噻吩為供體單元，分別以苯并噻二唑和氟代苯并噻二唑?yàn)槭荏w單元，設(shè)計(jì)合成了兩種具有D-A結(jié)構(gòu)的共軛聚合物光伏材料P1和P2，詳細(xì)表征了聚合物的結(jié)構(gòu)

3、，對(duì)比研究了氟原子對(duì)聚合物材料及其制備的BHJ太陽(yáng)能電池性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)原子的引入，改善了聚合物的熱穩(wěn)定性，但導(dǎo)致其溶解性能下降、吸收光譜變窄;F使聚合物的HOMO和LUMO能級(jí)同時(shí)降低，但光學(xué)帶隙基本不變。以P1或P2為電子給體，PC71BM為電子受體，制備了共混體相異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池，其能量轉(zhuǎn)換效率分別為3.01％和2.00％。發(fā)現(xiàn)氟原子的引入，雖然提高了電池的開路電壓，但是由于顯著地降低了聚合物的溶解性能，聚合物與PC7

4、1BM之間發(fā)生了較大的相分離，使得器件的短路電流與填充因子同時(shí)下降，最終導(dǎo)致了整個(gè)器件能量轉(zhuǎn)換效率的降低。
　　 2、針對(duì)上述氟代聚合物P2溶解性能較差的問題，為了減小由于聚合物的溶解性不好對(duì)其性能的影響，本文將兩個(gè)長(zhǎng)的辛烷基側(cè)鏈引入到苯并噻二唑受體單元上以改善聚合物的溶解性，分別以辛烷基取代的苯并噻二唑和含氟的辛烷基取代苯并噻二唑?yàn)槭荏w單元，以苯并二噻吩為供體單元，又設(shè)計(jì)合成了兩種溶解性能更優(yōu)良的D-A型共軛聚合物光伏材料P3

5、和P4，詳細(xì)表征了聚合物的結(jié)構(gòu)，研究了烷基取代基以及氟原子對(duì)聚合物材料及其器件性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，烷基的引入，顯著改善了聚合物的溶解加工性能，使得相應(yīng)的聚合物的吸收光譜紅移，帶隙略微下降;氟原子對(duì)烷基取代的聚合物的紫外-可見吸收光譜的影響較小?；赑3與P4制備的BHJ太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率均為1.6％。同時(shí)引入氟原子和烷基鏈，降低了光伏電池的短路電流，使得其光伏性能下降。
　　 3、設(shè)計(jì)合成了一種新型的氟取代的苯并氮三