基于噻吩-苯-噻吩給體結(jié)構(gòu)單元的共軛聚合物的合成及光伏性能.pdf

1、基于本體異質(zhì)結(jié)(BHJ)結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池(PSCs)可進(jìn)行溶液加工，具有易制備、低成本等潛在優(yōu)勢，因而吸引了科研工作者的廣泛關(guān)注。短路電流密度(Jsc)、填充因子(FF)和開路電壓(Voc)是決定太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)的關(guān)鍵參數(shù)。因此，提高以上三個(gè)參數(shù)對提高PSCs器件的PCE均有促進(jìn)作用。一直以來，科研工作者們致力于研究影響 Voc的因素。對于聚合物：富勒烯衍生物共混層來說，可以通過使用適當(dāng)?shù)慕缑娌牧匣蚴褂茂B層器件結(jié)構(gòu)

2、等優(yōu)化手段來提高PSCs的Voc。當(dāng)然，聚合物給體材料的合理分子設(shè)計(jì)也是有效地提高Voc，進(jìn)而提高聚合物的光伏性能的有效手段。
　　1、苯并[1,2-b;4,5-b′]二噻吩(BDT)是常用的給體結(jié)構(gòu)單元，但其聚合物的最高成鍵軌道能級(jí)(HOMO)往往較高，這導(dǎo)致其 PSCs的開路電壓(Voc)一般較低。為了獲得HOMO能級(jí)較低，光伏性能較好的聚合物光伏材料，我們以1,4?二(2?噻吩基)?2,5?雙烷氧基苯(TBT)作為給體結(jié)構(gòu)單

3、元，異靛(ID)作為受體結(jié)構(gòu)單元，設(shè)計(jì)并合成了三種D-A型聚合物PTBTEH?IDHD、PTBTHD?IDEH和PTBTEH?HTID。聚合物PTBTEH?IDHD和PTBTHD?IDEH的HOMO能級(jí)低至?5.47 eV，基于這兩種聚合物/[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)的PSCs器件的Voc值分別為0.80 V、0.88 V，這明顯高于文獻(xiàn)報(bào)道的具有相似結(jié)構(gòu)的BDT基聚合物PBDT?ID的Voc(0.71 V)。研

4、究結(jié)果表明，長支鏈烷基在D單元上的PTBTHD?IDEH比長支鏈烷基在A單元上的PTBTHD?IDEH具有更好的光伏性能，基于PTBTHD?IDEH的PSC具有較高的短路電流密度(Jsc)6.21 mA cm–2和Voc(0.88 V)，而基于PTBTHD?IDEH的PSC卻只表現(xiàn)出較低的Jsc(2.39 mAcm–2)和Voc(0.8 V)。為了進(jìn)一步提高聚合物的溶解性，我們在ID單元的兩邊各增加一個(gè)己基噻吩從而獲得二己基噻吩異靛(H

5、TID)受體結(jié)構(gòu)單元，相應(yīng)聚合物PTBTEH?HTID的PSC的Jsc提高到8.87 mA cm–2，而Voc稍有降低。三種聚合物的光電轉(zhuǎn)換效率(PCEmax)分別為：PTBTEH?IDHD:1.05％，PTBTHD?IDEH:3.02％，PTBTEH?HTID:3.71％。
　　2、為了拓寬聚合物吸光范圍，增強(qiáng)聚合物的吸收能力，從而提高 PSCs的 Jsc，我們在聚合物中引入了另外一種強(qiáng)缺電子單元吡咯并吡咯二酮(DPP)，合成了

6、HTID：DPP的比例分別為1:1、3:1和1:3的三元聚合物：PHTID1?DPP1、PHTID3?DPP1和PHTID1?DPP3，通過調(diào)節(jié)異靛和DPP比例，調(diào)控聚合物的光伏性能。研究結(jié)果表明，合成的三元聚合物比二元共軛聚合物PTBTEH-HTID表現(xiàn)出更小的層間距及π?π堆積距離。同時(shí)，PHTID1?DPP1：PC61BM的光敏層的空穴遷移率明顯高于另外兩種三元聚合物光敏層的空穴遷移率，其本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池表現(xiàn)出最高的 Jsc(