基于苯并噻二唑及吡啶并噻二唑的聚合物光伏材料的合成及性能研究

发布时间：2019-06-11 04:25

【摘要】：本论文简要地介绍了本体异质结(BHJ)型聚合物太阳能电池(PSCs)的工作原理、器件结构以及影响器件性能的因素。并综述了近年来用于PSCs的聚合物给体材料和受体材料的研究进展。在BHJ PSCs中,聚合物电子给体材料的吸收光谱、溶解性、结晶性、载流子迁移率、能级匹配以及聚集态形貌等都会对器件的光电转换效率(PCE)产生重要影响。为此,本论文通过引入硫烷基噻吩侧链、引入氟(F)原子和使用[1,2,5]噻二唑并[3,4-c]吡啶作为强拉电子结构单元等手段来调控共轭聚合物电子给体材料的吸收光谱、能级及聚集态结构,进而获得具有较高光伏性能的聚合物光伏材料。本论文的主要研究内容如下:1.在苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(BDT)的侧链引入5-((2-己基葵基)硫基)噻吩,一方面改善聚合物的溶解性,另一方面降低聚合物的最高成键分子轨道(HOMO)能级。将该BDT衍生物作为推电子结构单元,以含不同数目的F原子取代的苯并噻二唑(0FBT、1FBT和2FBT)为拉电子结构单元,设计并合成了三种共轭聚合物PST-BT、PST-1FBT和PST-2FBT。研究结果表明,随着聚合物中F原子数量的增加,聚合物分子分子间作用增强,聚合物薄膜的吸收光子能力逐渐增强。因为引入了硫烷基噻吩作为侧链,三种聚合物的HOMO能级均低于-5.45 eV,所制备的BHJ PSCs器件的开路电压Voc均在0.90 V以上。在未另外加入添加剂及其它优化处理的条件下,基于聚合物PST-BT、PST-1FBT和PST-2FBT为电子给体材料,PC61BM为电子受体材料的三个BHJ-PSCs器件的光电装换效率(PCE)值分别为1.31%,2.29%和2.55%。2.为了保证聚合物具有较好的溶解性,从而获得高分子量的聚合物光伏材料,我们在[1,2,5]噻二唑并[3,4-c]吡啶(PyT)两端各引入一个3-(2-辛基-十二烷基)-噻吩;以该PyT衍生物用作拉电子结构单元,并将其溴化后,再分别与不同的推电子结构单元:噻吩、噻吩并[3,2-b]噻吩、3,3′-二氟-2,2′-联噻吩的锡试剂进行Stille偶联聚合,分别得到三种共轭聚合物:PPyT-T、PPyT-(TT)和PPyT-ff(T-T)。研究结果表明,当以二氟联噻吩为推电子结构单元时,由于氟原子的引入,导致聚合物PPyT-ff(T-T)有更宽的吸收光谱、更强的光吸收能力、更有强的分子间π-π堆积,故其PSC器件表现出最高的Jsc值和PCE值。基于聚合物PPyT-T/PC61BM、PPyT-(TT)/PC61BM和PPyT-ff(T-T)/PC61BM三个器件的光电转换效率值分别为1.57%、2.09%和6.75%。
[Abstract]:In this paper, the working principle, device structure and factors affecting the performance of bulk Heterojunction (BHJ) polymer solar cell (PSCs) are briefly introduced. The research progress of polymer donor and receptor materials for PSCs in recent years is reviewed. In BHJ PSCs, the absorption spectrum, solubility, crystallization, carrier mobility, energy level matching and aggregation morphology of polymer electron donor materials all have an important influence on the photoelectric conversion efficiency (PCE) of the device. For this reason, by introducing thioalkyl thiophene side chain, introducing fluorine (F) atom and using [1, 2, 5] thiadiazol [3, 4 鈮，

本文编号：2497011