苯并二噻吩类窄带隙聚合物的研究现状
时间:2017-06-12 21:39 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 窄带隙聚合物由电子给体单元（D）和电子受体单元（A）交替共聚而成，窄带隙聚合物应吸收尽可能宽的太阳光谱，而D-A交替共聚物可以有效的降低聚合物的能带。降低聚合物能带隙能增加太阳光谱的吸收率，但能带隙的降低会使器件的开路电压（VOC）降低，从而导致光电转换效率的降低。因此这类聚合物的设计开发为了进一步提高效率，必须考虑提高材料的开路电压，平衡的电子与空穴传输[16,17]。10165 近些年，设计、合成的新型窄带隙聚合物太阳能电池材料主要构筑单元结构为聚芴，聚咔唑，聚噻吩及其衍生物类等。 由于苯并二噻吩（BDT）单元具有良好的平面性，良好的热稳定性和富电子效应，在有机半导体材料中得到广泛关注和研究。噻吩类聚合物具有相对大的平面分子结构，有利于减小链间π-π堆积的距离，提高载流子的迁移率，使其具有较大的流动性。最近，一些含有苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩结构的聚合物应用于场效应晶体管（FET）和聚合物太阳能电池（PSC）器件中[18,19,20]。 目前报道的基于BDT构筑单元结构的聚合物举例如下： 图1.2 基于BDT单元的共聚物结构一 Yu等[21]报道了这类化合物，以化合物（1）为例，在二酮苯环对位上分别嫁接正十二烷基，辛氧基，苯并二噻吩与并噻吩形成共轭聚合物，其光学带隙（Eg）为1.62eV，基于ITO/PEDOT:PSS/聚合物:PCBM(1:1 w/w)/Ca/Al结构器件的光电转换效率达到了4.76%。通过改变苯并二噻吩上苯环对位的烷基和烷氧基支链结构，设计合成的聚合物展示了相近的流动性，从2.6×10-4到4.7×10-4cm2V-1s-1 之间，在可见光区内均有吸收，吸收谱带相近，化合物的HOMO能级在-5.0eV左右。 图1.3 基于BDT单元的共聚物结构二 Yu等人[22]报道了这种聚合物，在苯并二噻吩对位支链上（R）均为2-乙基己基，与并噻吩交替共聚，其数均分子量为46.4kDa，分散系数PDI为2.1。HOMO能级为-5.15eV，LOMO能级为-3.31eV，在550-750nm处有强烈吸收，第一次实现最高光电转换效率超过7%，达到7.4%。 图1.4 基于BDT单元的共聚物结构三 Chen等人[23]报道了这类PBDTTT聚合物，同样是在α苯并二噻吩对位支链上嫁接2-乙基己基，在并噻吩α位嫁接酮烷基，聚合物光学带隙为1.61eV。HOMO能级为-5.12eV，LUMO能级为-3.55eV。开路电压达到0.70V，光电转换效率达到6.58%。 图1.5 基于BDT单元的共聚物结构四 Hou等[18]报道了这类PBDTTBT聚合物，在苯并二噻吩苯环对位嫁接烷基链修饰的噻吩基，与苯并噻二唑交替共聚，数均分子量为27.4kDa，PDI为1.8。固体膜状态下光学带隙为1.75eV，基于其制成的器件的开路电压达0.92V，光电转换效率达5.66%。此种聚合物苯并噻二唑之间噻吩数量的不同会导致聚合物具有不同的能带隙，因此也可以调节噻吩的数量来调节目标聚合物的能带隙。 图1.6 基于BDT单元的共聚物结构五 Najari等[24]报道合成了这类PBDTTPD聚合物，苯并二噻吩苯环对位嫁接2-乙基己基，与噻吩并吡咯交替共聚，R为正辛基，数均分子量为13kDa，PDI为2.6。光学带隙为1.8eV。HOMO能级为-5.56eV，LOMO能级为-3.75eV，光电转换效率达到5.5%。 图1.7 基于BDT单元的共聚物结构优尔 You等[25]报道了这类聚合物，苯并二噻吩苯环对位上嫁接3-丁基壬基，与苯并三唑共聚，R2为2-丁基辛基，X为H或F，对应的聚合物数均分子量、PDI分别为47.6kDa、2.57；42.4kDa、2.36，X为F时，最高光电转换效率最高达到7.1%。 图1.8 基于BDT单元的共聚物结构七 Cao等[26]报道了这种聚合物，在苯并二噻吩苯环对位上用噻吩修饰，与萘并二（噻二唑）交替共聚，之间用噻吩单体调节，噻吩单元上嫁接不同的烷基链以调节溶解性、稳定性，数均分子量为40.5kDa，PDI为3.20，其器件开路电压为0.80V，光电转换效率达到6.00%。 (责任编辑：qin) |