末端功能基团对聚(3-丁基噻吩)光电性能的影响.pdf

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1、第31卷第1期应用化学V01．3lIss．12014年1月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYJan．20l4$研究论文I51．、石石末端功能基团对聚(3-丁基噻吩)光电性能的影响李思均王思思张宝华。杨小牛(中国科学院长春应用化学研究所长春130021；中国科学院大学北京100049)摘要研究了4种带有不同末端基团的聚(3一丁基噻吩)(P3BT)的光电性能。结果表明，末端基团对P3BT的结晶有一定的抑制作用，可以改变P3BT的表面能，从而有效调控P3BT：PCBM共混体系相容性以及薄膜的形貌，并影响以P3BT为给体材料的聚合物光伏器件的性能。其中，带有较短烷

2、基链末端基团的烯丙基封端P3BT具有较高的结晶性，与PCBM具有适中的相容性，使得光伏器件的光敏层能够形成理想的微相分离结构，器件效率可以达到3．1％，较传统的溴封端P3BT器件效率提升35％以上。关键词末端基团，聚(丁基噻吩)，相容性，光电性能中图分类号：O631文献标识码：A文章编号：1000-0518(2014)01-0020-05D0I：10．3724／SP．J．1095．2014．30152共轭聚合物因其质量轻、成本低和易于加工等优点已逐渐成为光电领域研究的热点之一lJ。其中以聚(3·己基噻吩)(P3HT)为代表的聚(3一烷基噻吩)更是以其高迁移率、自组装特性以及环境稳定性等

3、成为有机光电领域中研究最广泛的基准材料。。一般认为，聚(3一丁基噻吩)(P3BT)的光电性能远不如P3HT_4J。然而，近年来通过溶液自组装或溶剂退火等方法，有效提高了基于P3BT的光伏器件的性能，其器件效率可以和相应的P3HT器件相媲美。同时出现了基于P3BT的共混和共聚光电材料及其应用前景的报道【7-s]。Kim等发现，仅仅将P3HT的末端基团的溴变为氢，其光伏器件效率就能提高30％。这是因为体积大且电负性高的溴在器件光敏层中很容易成为缺陷，从而降低电荷传输的效率。这表明末端化学基团对共轭聚合物的性能有较大的影响。本文系统研究了4种带有不同功能末端基团的P3BT，从其光学吸收及发射

4、、形貌和器件性能等方面研究了P3BT的结晶、形貌及其共混体系的相容性。通过改变末端基团有效调控了P3BT共混体系的微观结构，并大幅提高了P3BT光伏器件的性能。1实验部分1．1试剂和仪器带有功能性末端基团的聚(3．丁基噻吩)(P3BT)为自制，其分子式见Scheme1。溴封端(P3BT1)的P3BT的数均相对(P3BT1)R：分子质量约为1．3×10，相对分子质量分布为1．18。带有烯丙基(P3BT2)、丙醇基(P3BT2)(P3BT3)和2一溴-异丁酸乙酯基(P3BT4)封／3BT3)端的P3BT的数均相对分子质量约为。R。cP3BT41．2×10(根据不同端基略有不同)，相对O分子

5、质量分布为1．15。所有P3BT的区域规整度均大于95％。富勒烯衍生物Scheme1Structureoffuncti。naend-groupP3BTs(PCBM，美国ADS公司)，纯度99％。PEDOT：PSS(AI4083，德国Baytron公司)和邻二氯苯(美国Aldrich公司)均未经提纯直接使用。其它试剂均为分析纯(北京化工厂)。UV／VISLambda750型光谱仪(美国Perkin．Elmer公司)；FLS920型荧光光谱仪(英国Edinburgh2013-03-27收稿，2013-05-20修回，2013-06-19接受国家高技术研究发展计~(863)(2011AA05

6、0524)，中国科学院太阳能行动计划(KGCX2一YW-399+9)通讯联系人：杨小牛，研究员；Tel：0431．85262838；Fax：0431．85262028；E-mail：xnyang@ciac．j1．cn；研究方向：高分子物理第1期李思均等：末端功能基团对聚(3一丁基噻吩)光电性能的影响21Instrument公司)；FACE接触角仪(日本KyowaKaimenkagabu公司)；ESCALABMKII型x射线光电子能谱仪(英国VGScienta公司)；5500型原子力显微镜(AFM，美国Agilent公司)；光伏器件以光强为100mW／cm的AMI．5XES-70S1标准

7、光源模拟器(日本SAN—EI公司)作为标准光源。1．2薄膜样品与器件的制备纯聚合物薄膜样品的制备：将P3BT溶于邻二氯苯中配成10g／L的溶液，在80℃下搅拌过夜使其完全溶解。然后将P3BT溶液在500r／min的转速旋涂(时间5min)于玻璃或石英片上，得到薄膜备用。对于共混物样品，将等量的P3HT和PCBM溶于邻二氯苯中，配成P3BT为10g／L的m(P3BT)：m(PCBM)=1：1的混合溶液，其薄膜制备方法和纯聚合物样品相同。器件的制备