光電活性聚合物納米纖維和有機光伏器件的制備研究.pdf

1、有機太陽能電池具有質輕、價廉以及可卷對卷大面積制備等優(yōu)點，受到了人們的廣泛關注。而在有機太陽能電池中，電荷是否能高效傳輸決定著電池的短路電流密度，而光電活性聚合物納米纖維因為擁有極高的比表面積常被用來建立高效的電荷傳輸路徑，所以在有機太陽能電池活性層中引進纖維可以提高器件的光電轉化效率。但是目前所制備的光電活性聚合物纖維耐溶劑性能差，無法進行溶液再加工處理，限制了其在有機光伏領域中的進一步發(fā)展。本論文工作基于靜電紡絲可便利制備核殼結構納

2、米纖維的技術，提出一種制備結構穩(wěn)定且可溶劑再分散的光電活性聚合物納米纖維的新策略。該策略利用可交聯的光電活性聚合物，將其置于納米纖維的核層，外面包裹鈍性的聚合物，而后經內部交聯和去除保護聚合物后制備獲得。
　　在本論文第一部分工作中，我們驗證了這一策略。我們選用有機光伏領域典型的聚合物光伏材料PTB7，在其部分側鏈末端引入端烯鍵，合成得到可交聯的光電聚合物PTB7-Vn。性能研究發(fā)現在聚合物PTB7中引入一定量的末端雙鍵其熱學、光

3、學及電化學性質并不會明顯改變，并且聚合物PTB7-V0.05經紫外照射8小時后交聯度高達90％以上。基于此，我們開始制備化學穩(wěn)定的聚合物PTB7-V0.05納米纖維的研究。我們利用單針頭靜電紡絲技術，在紡絲液中添加聚氧化乙烯(PEO)作為輔助聚合物增加溶液粘性，添加極性溶劑（乙酸、DMF）增加紡絲液的導電性，并且優(yōu)化光電活性聚合物含量、靜電紡絲電壓、推注速度等工藝參數，成功制備了以PTB7-V0.05為核、PEO為殼的同軸納米纖維，經紫

4、外照射纖維內部發(fā)生交聯固化，再用異丙醇洗滌去除PEO后，得到直徑在100 nm以下的具有優(yōu)異結構穩(wěn)定性的純PTB7-V0.05纖維。經驗證，該纖維可穩(wěn)定分散存在于其良溶劑中。
　　在第二部分工作中，我們對PTB7-Vn的光伏性能進行了細致的表征優(yōu)化，并初步研究了它們的交聯性質。實驗發(fā)現三羥甲基丙烷三（3-巰基丙酸）酯(TTMP)可以顯著提高PTB7-Vn體系的紫外交聯度，當添加體積比僅為0.01％的TTMP時，PTB7-V0.05

5、在紫外照射30 min下就擁有63.41％的交聯度，其器件仍保留了85％的初始效率值。而且TTMP也可以增加器件的短路電流，基于氯苯、二苯醚和0.01％的TTMP混合溶劑制備的器件效率達到6.78％，電池的穩(wěn)定性能正在進一步測試當中。
　　在第三部分工作中，我們通過引入烷基側鏈來增加BDT-DTBT體系小分子的溶解性，并使用非氯綠色溶劑甲苯來制備器件。研究發(fā)現烷基鏈引入的位置對其光伏性能有著深刻的影響，烷基鏈位于內側分子的光伏性能