基于不同长度烷基侧链的s-四嗪基聚合物合成及性能研究
发布时间：2021-11-08 08:07
以s-四嗪作为拉电子结构单元（A）,以二氟取代四噻吩衍生物作为推电子结构单元（D）,并分别以2-己基癸烷基,2-辛基十二烷基,2-癸基十四烷基作为侧链,设计并合成了三种D-A型聚合物光伏材料P（Tet-T16）、P（Tet-T20）和P（Tet-T24）。研究结果表明,具有最短烷基链的聚合物P（Tet-T16）表现出最弱的分子间π-π堆砌,而具有合适长度烷基侧链（2-辛基十二烷基）的聚合物P（Tet-T20）具有最强的分子间相互作用和最有规律的分子堆砌,这更有利于载流子的传输。因此,基于P（Tet-T20）/PC71BM的聚合物太阳能电池器件表现出最佳光伏性能（PCE=5.10%）。同时,由于三种聚合物的HOMO能级都低于-5.56 eV,三种富勒烯PSCs器件的开路电压(Voc)均高于1.00 V,其中,基于P（Tet-T24）的PSC表现出1.04 V的高Voc值,这是目前报道的以s-四嗪基聚合物作为给体材料的PSCs中的最高Voc值。但过低HOMO能级与高性能非富勒烯受体的HOMO能级不匹配,...
【文章来源】：化学研究与应用. 2020,32(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
三种聚合物分子结构式
热失重测试(TGA):国产WRT-3P analyzer型分析仪,氮气保护,升温速率20 oC min-1;紫外可见光谱测试(UV-Vis):紫外可见光谱采用PE Lam da 25型分析仪器测试,溶液试样以CHCl3为溶剂,采用石英比色皿为吸收池;固体薄膜采用石英片为基底;循环伏安特性(CV):在EG&G Princeton Applied Research Model 273型电化学工作站上测定,采用传统的三电极体系:把聚合物溶液滴加到铂电极上晾干成膜后作为工作电极,铂丝作对电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,以0.1 mol L-1四丁基六氟磷酸铵的乙腈溶液为电解质溶液,扫描速度为50 mV s-1;聚合物本体异质结太阳能电池器件的测量:用500 W氙灯与AM 1.5的滤光片组合作为模拟太阳光的白光光源,在器件测量处的光强为100 mW cm-2;J-V曲线是使用Keithley 2602进行测量,IPCE曲线则是由Zolix DCS300PA Data acquisition system或Zolix Solar Cell Scan 100QE/IPCE measurement system测得。1.3 聚合物的合成
聚合物P(Tet-T20)和P(Tet-T24)均能溶于30 oC的三氯甲烷溶剂中,而聚合物P(Tet-T16)只能溶于100 oC的氯苯溶液中。本文采用三氯甲烷作为洗脱剂,聚苯乙烯作为标准物的Waters 1515凝胶渗透色谱仪(GPC)测定三种聚合物的分子量及其多分散性系数(PDI),测定结果见表1,从表1可知三种聚合物所合成的单体高度相似,仅仅由于噻吩单元上烷基侧链长度不一样,导致了聚合物的分子量相差加大。聚合物P(Tet-20)和P(Tet-24)的 Μ ˉ n (数均分子量)分别为74.4 kDa和66.4 kDa,而在三氯甲烷中溶解性差的聚合物P(Tet-T16)的 Μ ˉ n 仅为9.3 kDa。有机聚合物太阳能电池器件的制备要求光敏活性层材料有较好的热稳定性。本文采用热失重分析仪测试了P(Tet-T16)、P(Tet-T20)和 P(Tet-T24)失重5%的温度分别为289 oC、300 oC和401 oC(图3,Table),表明三种聚合物均有较好的热稳定性,满足制备有机太阳能电池器件对热稳定的要求。聚合物P(Tet-T16)的热分解温度明显低于300 oC,这可能与P(Tet-T16)的分子量较低有关。聚合物分子量越高,其热稳定性越好,对材料的使用寿命越有利,在太阳能电池器件制备条件允许的情况下,尽量制备高分子量的聚合物材料。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synergistic effect of fluorination on both donor and acceptor materials for high performance non-fullerene polymer solar cells with 13.5% efficiency[J]. Qunping Fan,Wenyan Su,Yan Wang,Bing Guo,Yufeng Jiang,Xia Guo,Feng Liu,Thomas P.Russell,Maojie Zhang,Yongfang Li. Science China（Chemistry）. 2018(05)
[2]C60亚甲基衍生物的制备与表征[J]. 卢骏安,王洪晶,王越,韩爱鸿. 化学研究与应用. 2014(08)
[3]一种低带隙平面分子结构的聚合物合成[J]. 秦瑞平,蒋玉荣,刘宁. 化学研究与应用. 2013(02)
本文编号：3483337
【文章来源】：化学研究与应用. 2020,32(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
三种聚合物分子结构式
热失重测试(TGA):国产WRT-3P analyzer型分析仪,氮气保护,升温速率20 oC min-1;紫外可见光谱测试(UV-Vis):紫外可见光谱采用PE Lam da 25型分析仪器测试,溶液试样以CHCl3为溶剂,采用石英比色皿为吸收池;固体薄膜采用石英片为基底;循环伏安特性(CV):在EG&G Princeton Applied Research Model 273型电化学工作站上测定,采用传统的三电极体系:把聚合物溶液滴加到铂电极上晾干成膜后作为工作电极,铂丝作对电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,以0.1 mol L-1四丁基六氟磷酸铵的乙腈溶液为电解质溶液,扫描速度为50 mV s-1;聚合物本体异质结太阳能电池器件的测量:用500 W氙灯与AM 1.5的滤光片组合作为模拟太阳光的白光光源,在器件测量处的光强为100 mW cm-2;J-V曲线是使用Keithley 2602进行测量,IPCE曲线则是由Zolix DCS300PA Data acquisition system或Zolix Solar Cell Scan 100QE/IPCE measurement system测得。1.3 聚合物的合成
聚合物P(Tet-T20)和P(Tet-T24)均能溶于30 oC的三氯甲烷溶剂中,而聚合物P(Tet-T16)只能溶于100 oC的氯苯溶液中。本文采用三氯甲烷作为洗脱剂,聚苯乙烯作为标准物的Waters 1515凝胶渗透色谱仪(GPC)测定三种聚合物的分子量及其多分散性系数(PDI),测定结果见表1,从表1可知三种聚合物所合成的单体高度相似,仅仅由于噻吩单元上烷基侧链长度不一样,导致了聚合物的分子量相差加大。聚合物P(Tet-20)和P(Tet-24)的 Μ ˉ n (数均分子量)分别为74.4 kDa和66.4 kDa,而在三氯甲烷中溶解性差的聚合物P(Tet-T16)的 Μ ˉ n 仅为9.3 kDa。有机聚合物太阳能电池器件的制备要求光敏活性层材料有较好的热稳定性。本文采用热失重分析仪测试了P(Tet-T16)、P(Tet-T20)和 P(Tet-T24)失重5%的温度分别为289 oC、300 oC和401 oC(图3,Table),表明三种聚合物均有较好的热稳定性,满足制备有机太阳能电池器件对热稳定的要求。聚合物P(Tet-T16)的热分解温度明显低于300 oC,这可能与P(Tet-T16)的分子量较低有关。聚合物分子量越高,其热稳定性越好,对材料的使用寿命越有利,在太阳能电池器件制备条件允许的情况下,尽量制备高分子量的聚合物材料。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synergistic effect of fluorination on both donor and acceptor materials for high performance non-fullerene polymer solar cells with 13.5% efficiency[J]. Qunping Fan,Wenyan Su,Yan Wang,Bing Guo,Yufeng Jiang,Xia Guo,Feng Liu,Thomas P.Russell,Maojie Zhang,Yongfang Li. Science China（Chemistry）. 2018(05)
[2]C60亚甲基衍生物的制备与表征[J]. 卢骏安,王洪晶,王越,韩爱鸿. 化学研究与应用. 2014(08)
[3]一种低带隙平面分子结构的聚合物合成[J]. 秦瑞平,蒋玉荣,刘宁. 化学研究与应用. 2013(02)
本文编号：3483337
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3483337.html
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