基于苯并二噻吩单元的窄带系D—A共聚物太阳能电池材料的合成及器件测试-论文.pdf

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1、中国材料科技与设备(双月刊)基于苯并二噻吩单元的窄带系D-A共聚物太阳能电池材料的合成及器件测试2014年·第2期基于苯并二噻吩单元的窄带系D—A共聚物太阳能电池材料的合成及器件测试夏本正，张建伟，余希林(1．青岛大学化学化工与环境学院，山东青岛266071；2．陕西省纺织科学研究所，陕西西安710038)摘要：用Stille聚合法合成了基于4，8一二(2，3一二已基噻吩)苯并[1，2-b：4，5-b]二噻吩(BDTT)和噻吩并[3，4一c]吡咯一4，6-二酮(TPD)单元的窄带系D-A共聚物PBDTT—LTP【)_M，其主链内受体单元的密度增加，具有较低的HoM0能级(-

2、5．50eV)。用于聚合物太阳能电池中，使电池的开路电压()达到0．87V，器件的短路电流(Jsc)为6．07mA／cm2，填充因子(FF)50．22，光电转换效率(PCE)为2．67。关键词：D-A共聚物；太阳能电池；高V0。中图分类号：TM914．4文献标识码：A激子分离驱动力。(4)与富勒烯受体材料共混可以形成良0引言好的相分离，形成高效的互穿网络结构一。此外，聚合物给体材料还应该具有较好的溶解性，稳定性，可加_T性能从1977年Heeger等人发现聚合物的导电现象以来_】]，以保证其良好的应用价值。人们就试图将导电聚合物应用于太阳能电池领域，相比于最近一系列基于4，

3、8一二(2，3一二已基噻吩)苯并传统的无机半导体材料，聚合物材料具有毒性小，来源广[1，2-b：4，5-b]二噻吩(B1)1)和噻吩并[3，4-c]泛，质量轻，设计多样等优点。但是起初的单层结构太阳吡略一4，6一二酮(TPD)单元的A共聚物表现出良好的电池光电转换效率比较低，发展比较缓慢。1992年，Sar—器件性能，单层本体异质结器件的光电转换效率达到8iciftci发现2一甲氧基-5一(2-乙基一己氧基)一1，4-苯乙以上[。4，8-二(2，3一二已基噻吩)苯并[1，2-b：4，(MEH—PPV)与C60复合体系之间存在快速的电荷转移，5一二噻吩(BDTT)单元是一种广

4、泛使用给体单元，具并研制出基于聚合物MEH-PPV和o的双层太阳能电池有良好的平面性和对称性，噻吩侧链与主链形成二位共轭，器件，这是最早出现的聚合物太阳能电池[2]。1995年，增加了共轭效果，拓宽了吸收波普的宽度，同时更加利于俞刚等将电子给体材料MEH—PPV与富勒烯衍生物受体材电荷的传输_112]。噻吩并[3，4-c]吡咯一4，6一二酮料共混形成互穿网络体系制备成本体异质结型太阳能电(TPD)单元具有良好的平面性，被广泛应用于太阳能电池池，本体异质结概念的提出使太阳能研究进入新的阶和有机场效应晶体管领域。酰亚胺基团具有强的吸电子能段，直到现在，大多数有机太阳能电池都在使

5、用这种结构。力，可以有效的降低聚合物的HOMO能级，以增加开路聚合物太阳能电池的光电转换过程主要包括以下四个电压()。连在N原子上的烷基链可以对聚合物的溶解步骤：(a)活性层材料吸收入射光子产生激子，(b)激子度，分子量和结晶行为进行调控_1。。在本文中，我们合扩散，(c)电荷分离，(d)电荷传输及收集]，具体过程成了一种全新的基于BDTT和TPD单元的I)-A共聚物材为光活性层吸收太阳光产生激子，激子在内建电场驱动下料，与之前的TPD受体单元不同的是，我们将两个TPD运动到给受体材料表面，在给受体能极差的驱动下产生电单元用噻吩桥连接起来，整体作为受体单元，增加了聚合荷分离

6、，空穴沿给体材料传输到正极，电子沿受体材料传物中受体单元的密度，有效地降低了聚合物的HOM0能输到负极，实现光电转换。光电转换效率的提高主要从材级，同时没有其他吸电子基团的引入不会影响整体的平面料设计、器件结构优化、器件制备等方面入手，而材料设性，命名为PBDTI'-LTPD-M。受体材料采用目前广泛使计作为决定电池性能的主要方面受到了研究者的广泛关注。用的PG。BM，光电转换效率(PCE)达到2．67。聚合物太阳电池的受体材料主要采用富勒烯衍生物如PG。BM和PG。BM，而给体材料种类却比较多。优秀的聚1实验部分合物给体材料应当具有以下优点(1)带系窄，在可见光区具有宽的

7、吸收范围和较强的吸光系数，可以吸收足够多的1．1仪器太阳光。(2)高的空穴迁移率，保证快速的空穴传输。(3)HNMR由BrukerDMX400NMR设备测试；紫外一与富勒烯受体材料能级匹配，保证高的V(开路电压)和可见光吸收光谱在Lambda950紫外／可见／近红外分光光度基金项目：国家自然科学基金资助项目(21207073)*作者简介：夏本正(1988一)，男，在读研究生，主要从事聚合物太阳能电池方面的研究。E-mail：benzhengxia@gmail．com；通讯联系人：佘希林(1974一)，男，博士，硕士