基于苯并二噻吩-喹喔啉的D-A型聚合物光伏給體材料的設計合成與性能研究.pdf

1、聚合物太陽能光伏器件的性能與聚合物給體材料的結構及其器件加工工藝和技術息息相關。拓寬聚合物的吸收光譜能夠顯著地改善器件對太陽光的利用率;優(yōu)化器件制備工藝，精確控制活性層的形貌，是提高器件轉換效率的最有效的手段。本論文基于課題組前期合成的一種苯并二噻吩-喹喔啉聚合物光伏材料，研究拓寬其吸收光譜的結構改性方法，以及改善電池光伏效率的器件制備工藝。
　　(1)為了拓寬聚合物吸收光譜，增強其在近紅外方向對太陽光的吸收利用率，分別用支化的和

2、直線型的烷硫基柔性側鏈替換原聚合物PBDT-DFQX-TT中的烷基柔性側鏈，合成了兩種新型共聚物PBDT-DFQX-TTSEH和PBDT-DFQX-TTSC8。烷硫基柔性側鏈的應用，降低了聚合物的HOMO能級，使其吸收峰紅移，增強了近紅外吸收。其中帶支鏈取代基的聚合物PBDT-DFQX-TTSEH具有更低的HOMO能級故而其器件獲得了更高的Voc;而帶直鏈取代基的聚合物PBDT-DFQX-TTSC8則具有更高的空穴遷移率，所以其器件獲得

3、了更高的Jsc。經過優(yōu)化，PBDT-DFQX-TTSEH獲得了最高7.84％的轉換效率，PBDT-DFQX-TTSC8則獲得了最高8.51％的轉換效率。AFM和GIXS研究結果表明，添加劑或熱退火后處理工藝會促使具有強分子間作用力的聚合物和PC71BM形成更大尺寸的相疇，從而降低聚合物太陽能電池器件的性能
　　(2)將具有強的吸電子能力的DPP作為第三單元，引入到聚合物中以改善其在長波方向的吸收能力，設計合成兩個系列、結構為D-A

4、1-D-A2的三元共聚物。發(fā)現(xiàn)隨著DPP單元的投料占比升高，聚合物的近紅外吸收邊和ICT吸收峰逐漸紅移;當QX單元和DPP單元的投料比為70∶30時，共聚物具有最理想的吸收光譜。但是器件研究結果顯示，盡管聚合物的光譜吸收得到了增強，而器件性能卻顯著變差。其原因可能是加入的DPP由于其過強的吸電性，使得聚合物的HOMO、LUMO能級的電子云分布向DPP單元集中，電子云分布不連續(xù)影響激子在分子鏈內和分子間的傳遞，所以導致光伏器件的Jsc、F

5、F和PCE均出現(xiàn)下降。
　　(3)將聚合物PBDT-DFQX-TTSC8作為給體，在近紅外方向有強吸收的新型小分子ITIC和O-IDTBR作為受體，制備了非富勒烯太陽能電池器件。研究發(fā)現(xiàn)，相比其使用PC71BM制備的富勒烯器件，共混膜的吸收光譜在近紅外方向的光吸收能力明顯變強。使用一種新的膜形貌調控添加劑SBS后發(fā)現(xiàn)，SBS和目前最常用的溶劑添加劑DIO一樣，能夠有效調控混合膜的微觀形貌結構，使器件的FF獲得較大幅度的改善。但是殘

6、留在活性層中的SBS和DIO能夠形成載流子陷阱導致器件的Jsc均發(fā)生不同程度的下降。以PBDT-DFQX-TTSC8/O-I DTBR制備的器件在1％SBS(v/v)用量的條件下FF得到了較大提高，進而將器件轉換效率提升至8.61％;但PBDT-DFQX-TTSC8/ITIC器件，由于Jsc下降幅度較大，導致器件效率下降。AFM和2D-GIXS研究結果顯示，SBS導致O-IDTBR片層從各向異性排列堆疊變成各向同性排列，從而影響了載流子