DPP基窄带隙聚合物光伏型探测器性能研究

有机/聚合物光探测器以其光谱选择可控、带隙可调、制备工艺简单、易于实现大面积柔性器件等突出优点,一直备受关注。选择结构简单的3,3′-双甲氧基取代的联二噻吩(OT)、3,4-二甲氧基噻吩(O)和3,6-二甲氧基噻并[3,2-b]噻吩(OTT)等寡聚噻吩单元作富电子单元,吡咯[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPP)作缺电子单元,制备系列D-A型窄带隙共轭聚合物POT-DPP,PO-DPP和POTT-DPP,并对聚合物的热稳定性、吸收光谱、聚集状态、能级及其光伏型探测器件的光伏性能、电荷迁移、复合损失过程及比探测率(D*)等进行了系统研究。其中含更大共轭平面的POTT-DPP:PC71BM的光探测器的探测性能最佳,在400 nm和850 nm处的D*分别为1.87×10^(11)Jones和1.67×10^(11)Jones,这主要受益于器件中高且平衡的空穴/电子迁移率,能更好地抑制双分子复合、陷阱辅助复合以及形成更有利的光敏层表面形貌。此项工作证明,通过增大D-A型共轭聚合物主链上的富电子单元的有效共轭面积,可以调节聚合物的带隙,促进探测器件载流子迁移,抑制其复合,从而促进光伏型光探测器件性能的显著提升。

窄带隙杂化铋溴钙钛矿水合物的设计制备及其光电探测性能研究

采用缓冷法制备一种新型杂化铋溴钙钛矿水合物(TMPD)_(2)Bi_(2)Br_(10)·H_(2)O(TMPD=N,N,N’,N’-四甲基-1,4-苯二胺).该晶体尺寸可达5 mm×2 mm×0.2 mm.利用单晶和粉末X射线衍射、拉曼、紫外-可见-近红外光谱仪和稳态荧光表征了单晶的结构,成分和光学性质.研究发现,该钙钛矿水合物具有小至1.89 eV的带隙,表现出显著的半导体性质.此外,我们还制备基于(TMPD)_(2)Bi_(2)Br_(10)·H_(2)O单晶的光电探测器,该器件在高湿度下表现出较大的开/关电流比(≈118)和较快的速响应速度(τ_(rise)=0.24 s和τ_(decay)=1.54 s).本研究旨在为新型窄带隙钙钛矿水合物的设计提供指导,并为高稳定性钙钛矿光电探测器的构建提供优异材料.

基于窄带隙有机光电探测器材料的研究进展

有机光电探测器(OPDs)因为制备过程简单且成本低、轻质柔性、重量轻等特点引起人们的极大兴趣,具有广阔的应用前景。近年来,随着窄带隙有机/聚合物材料的不断发展,许多具有高探测率和高灵敏度的新型窄带隙OPDs被不断的报道出来。研究人员利用有机聚合物和有机小分子等组块,成功地研制出一系列具有优异性能的窄带隙的有机光电探测器。本文简要综述了窄带隙有机/聚合物光电探测器活性层材料的研究进展。

可见光响应型窄带隙半导体光催化材料的研究及应用进展

近年来,窄带隙半导体材料因具有吸收太阳光可见波段能量、可见光催化降解有机物及可见光解水制氢的优异特性而成为新型半导体材料的研发热点。综述了以TiO2为代表的传统半导体材料掺杂体系以及全新组成材料体系等两大类具有窄带隙半导体特性的材料种类、光催化性能的影响因素、材料制备工艺以及应用前景,并在此基础上展望了研究与发展方向。

窄带隙Pechmann类聚合物的合成及光伏性能

通过Stille偶联聚合方法合成一种新型的Pechmann类窄带隙聚合物(PBDTTP),并将其应用到太阳能电池的研究中。PBDTTP具有高的相对分子质量、良好的溶解性能与成膜性能。紫外-可见吸收光谱表明,在薄膜状态下,PBDTTP的吸收范围在300~900 nm之间,其最大吸收峰位置在748 nm,相应的光学带隙为1.37 eV。光伏器件的结构为(ITO)/PEDOT:PSS/PBDTTP:PC_(71)BM/A1,初步的器件结果显示,当PBDTTP与PC_(71)BM质量比为1:2时,光伏器件具有最高的能量转换效率(PCE),为1.03%,对应的开路电压(V_(oc))为0.75 V,短路电流密度(J_(sc))为2.24 mA/cm^2,填充因子(FF)为61.2%。

给体-受体-给体窄带隙染料掺杂聚芴发光二极管

合成了一系列给体-受体-给体型窄带隙荧光分子,并将其作为掺杂剂与主体(Host)宽带隙聚芴共混制备发光二极管.荧光分子为4,7-二呋喃-苯并噻二唑(O-S)、4,7-二噻吩-苯并噻二唑(S-S)、4,7-二(N-甲基吡咯)-苯并噻二唑(N-S)、4,7-二硒吩-苯并噻二唑(Se-S)和4,7-二(N-甲基吡咯)-苯并硒二唑(N-Se).溶液中荧光分子的紫外-可见吸收峰位于447～472nm,荧光发射峰位于563～637nm.该系列荧光分子掺杂聚芴(PFO)发光器件的电致发光峰位于580～633nm.当器件结构为ITO/PEDOT/PVK/PFO+N-Se/Ba/Al时,最大外量子效率为1.28%,电流效率1.31cd/A.

新型窄带隙聚合物太阳能电池光伏材料

聚合物太阳能电池中给体材料的能级水平、带隙、光吸收系数、溶解性、成膜性及载流子迁移率是决定器件性能的关键因素。阐述了聚合物太阳能电池中给体材料的最新研究进展,着重介绍了含有苯并双噻吩的窄带隙D-A类型的共聚物,并对一些给体材料的能级水平优化结果做了简单的总结。最后指出了未来聚合物太阳能电池给体材料今后的发展方向。

基于含硒窄带隙聚合物太阳能电池的性能

为扩展聚合物太阳能电池的光谱响应范围,选用含硒窄带隙聚合物———聚[2, 7-(9,9-二正辛基)芴-5,5’-(4,7-二硒吩-2,2’-基)-2,1,3-苯并硒二唑] (PFSeBSe)作电子给体,C60衍生物(PCBM)作电子受体,将二者共混,制备了单活化层聚 合物太阳能电池.研究表明,PFSeBSe与PCBM的最佳混合质量比约为1∶4,在AirMass 1.5(100mW·cm-2)模拟太阳光源辐照下,用LiF/Al作为阴极,器件的最大能量转换效 率为0.423%,光敏响应可扩展到700nm以上,比文献报道的结果红移了30～50nm,表明 该体系的吸收与地表太阳光谱能量分布更加匹配.

窄带隙聚吡咯甲烷衍生物的制备与光学性能

由于高分子发光材料具有柔韧性好、合成简单、可大面积制备和使用寿命长等优点,成为近年来显示和照明领域的研究热点。本文以N-甲基吡咯和苯甲醛类为单体,采用缩聚法制备了3种可溶性、窄带隙、分子主链为部分共轭的聚吡咯甲烷衍生物,并利用红外光谱、紫外-可见光谱、荧光光谱、X射线衍射谱和热失重分析等方法对其结构、光致发光性质和热稳定性能等进行了测试分析,比较了大分子链上苯环对位取代基对材料发光性能的影响。研究结果表明,3种衍生物的热稳定性较好且具有部分结晶性,其光学禁带宽度均小于1.6 eV,属于窄带隙聚合物;在355 nm左右激发光下,3种衍生物均会产生约420 nm的发射光,为蓝紫色发光材料,且大分子链上苯环的对位取代基对该类材料的发光行为基本没有影响;在循环伏安曲线中,3种衍生物均存在较为明显的氧化还原峰。聚吡咯甲烷衍生物在光电器件材料方面有着潜在的应用价值。

窄带隙共轭聚合物类太阳能电池材料的研究进展

窄带隙共轭聚合物材料是新型太阳能电池的研究热点。按窄带隙聚合物材料的结构分类,简要总结了不同种类窄带隙共轭聚合物类太阳能电池材料的设计、合成及器件性能,并指出了该研究领域目前还存在的问题和今后发展的方向。

用于太阳能电池的(噻吩-苯-噻吩)基窄带隙聚合物的性能研究

采用Stilling偶合反应合成了噻吩-苯-噻吩和2,5-二(三甲基锡)基噻并[3,2-b]噻吩窄带隙交替共轭聚合物PTPT-bT(Eg=2.03eV)。所得聚合物具有良好的热稳定性、溶解性及成膜性能。共聚物在四氢呋喃中和固体薄膜中的光致发光发射峰分别为566nm和583nm。最高占有分子轨道(HOMO)和最低未占有分子轨道(LUMO)值分别为-5.29eV和-3.01eV。在模拟太阳光照AM1.5(89mW·cm-2)下,基于PTPT-bT:PC70BM(1:4)共混膜的光伏器件的光电转换效率(PCE)为2.99%,开路电压(Voc)为0.80V,短路电流(Jsc)为6.97mA/cm2,填充因子为0.48。

高效窄带隙共轭聚合物太阳能电池材料设计及器件性能研究进展

窄带隙聚合物材料因能与太阳光谱更好地匹配而备受重视,是聚合物太阳能电池的研究热点。按照窄带隙聚合物给体单元的结构分类,总结了含芴、硅芴、咔唑、环戊二烯并双噻吩、三苯胺和吩噻嗪给体单元的太阳能电池材料的设计以及器件性能,介绍了聚合物的HOMO和LUMO能隙值对其光谱和光电转换效率的影响,并指出了该研究领域目前存在的问题及今后的发展方向。

咔唑基窄带隙共轭聚合物太阳能电池材料的研究进展

基于咔唑基窄带隙共轭聚合物的太阳能电池材料的研究取得突破性的进展,成为当前聚合物光伏器件研究的热点课题之一。概述了咔唑基窄带隙共轭聚合物作为电子给体材料的研究进展及存在的问题,提出了光谱响应更宽、光电转换效率更高的咔唑基共轭聚合物研究的发展前景。

新型窄带隙半导体BiVO_4的制备与性能表征

为了获得新型的窄带隙半导体可见光催化剂,以Bi(NO3)3、NH4VO3、NH3.H2O、NaOH和HNO3为原料,采用水热法在200℃温度条件下制备了BiVO4样品.采用X射线衍射光谱XRD和漫反射吸收谱DRS对Bi-VO4的物性进行了表征,并以偶氮染料甲基橙作为模拟污水研究了BiVO4的光催化性能.结果表明,BiVO4样品是单斜晶系,带隙为2.5eV的半导体,具有良好的可见光催化活性,是一类具有广泛应用前景的新型窄带隙半导体光催化剂.

新型DPP基窄带隙聚合物的合成及其性能

分别采用Heck耦合法和水热法制备了3,7-二(4-双乙烯基苯基)苯并[1,2-b:4,5-b’]二呋喃-2,6-二酮(BDF)/2,5-二辛基-3,6-二(5-溴噻吩)-吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPP)共聚物给体材料(PDBFP)和石墨烯量子点(GQDs)受体材料。通过1 H-NMR、FT-IR表征了PDBFP和GQDs的结构,采用DLS、HR-TEM和AFM表征了GQDs的形貌和尺寸。研究表明:GQDs在307nm处存在紫外吸收峰,而在424nm处拥有最强荧光发射峰。相对于PDBFP在712nm处的发射峰,GQDs的引入使得PDBFP-GQDs光活性层材料的荧光发射峰出现红移,且荧光发射强度有所增加。用电化学测试法测得PDBFP和GQDs的最高占有分子轨道能级(HOMO)、最低未占有分子轨道能级(LUMO)和禁带宽度(Eg)分别为:-5.32、-3.39、1.93eV和-4.11、-3.87、0.24eV。以PDBFP和GQDs制得的ITO/PEDOT∶PSS/PDBFP∶GQDs(8∶1)/Ag器件原型拥有1.04%的光电转换效率。

基于窄带隙聚合物的高性能可见-近红外光伏探测器

聚合物光伏探测器是一种极具应用前景的新型光电探测器件.研究了基于窄带隙聚合物的高性能可见-近红外光伏探测器,结果表明,所制备的光伏探测器在可见至近红外光谱范围内具有宽的光谱响应(380—960 nm)、出色的响应度(840 nm时达到380 mA/W)和归一化探测度;同时,器件在暗态反偏条件下的能级示意图揭示了器件内平均电场较低是较厚光敏层器件具有低噪声电流的主要原因.电容-电压与时间周期性响应曲线研究表明聚合物光伏探测器具有快速的响应能力和良好的周期重复性.

新型联苯胺基窄带隙共轭聚合物的光学及电化学性能研究

随着化石燃料的日益枯竭,人类社会对能源的需求在不断增长。为了平衡能量应用需求并提升能量使用效率,开发高效能量转换材料与电化学储能材料成为当前研究的重要课题。导电聚合物基电极材料面临着相应储能器件能量密度、功率密度、循环性能不高的挑战,需进行结构改性提高电导率、改善界面性质。鉴于共轭高分子的电子结构、光学及电化学性质由共轭链骨架结构决定,对导电共轭聚合物进行结构修饰以提升其电荷传输性能和载流子迁移率,进而设计合成新型高迁移率导电聚合物基共轭聚合物是提高相应器件特性的关键所在。已有研究大多借助复杂的结构设计来实现提升迁移率,设计合成了结构简单,有助提升电荷迁移的新型窄带隙聚联苯胺基共轭聚合物聚物。通过光谱学及电化学方法对材料结构与性能进行了表征分析。采用核磁共振氢谱、红外光谱,X射线粉末衍射对单体及聚合物进行了结构表征,通过紫外光谱、紫外可见漫反射、循环伏安、计时电位、交流阻抗对其进行了光学及电化学性能测试。结果表明,成功制得具有预期结构的共轭聚合物,所得聚合物结晶性较佳,光学带隙E^(opt)_(g)为1.85 eV,HOMO及LUMO能级分别为-5.44和-3.59 eV,前者高于,后者则低于大部分文献值,呈现可同时促进p-型和n-型掺杂的结构特性,具备增强材料容纳电荷能力的性能优势。聚合物储能特性受化学结构、晶体结构及微观形貌综合影响。改善材料微观结构特性有助于提升其电子电导率,但层状致密块体形貌特征又使其离子电导率受限。电化学性能测试结果显示,聚合物具有一定电化学活性,具有较小的电荷转移阻抗,具备基本满足使离子顺利扩散的条件,0.05 A·g^(-1)时的放电比电容达256.6 F·g^(-1)。研究结果表明,制得的联苯胺基窄带隙共轭聚合物在光电转换、储能及微型电子器件中有广阔的应用前景。

窄带隙共轭聚合物/富勒烯衍生物光探测器件的研究

基于高灵敏度、宽光谱响应的窄带隙共轭聚合物光探测器件的研究取得了突破性进展,受到了学术界和产业界的高度重视,成为了当前光探测器件研究的热点课题之一。本文概述了窄带隙共轭聚合物作为电子给体与电子受体PC61BM下光伏器件的研究进展及存在的问题。提出了带隙更窄、光谱响应更宽的共轭聚合物的合成与器件的优化研究将具有更大的发展前景。

苯并三氮唑基窄带隙聚合物受体用于高效全聚合物太阳电池

合理设计具有强和宽吸收的聚合物受体有助于提高光伏性能。本文以七环苯并三氮唑(Y9-C16)为构筑单元,噻吩为连接单元合成一个新型聚合物受体材料PY9-T。该受体材料的薄膜具有较低的带隙(1.37 eV)和较高的消光系数(1.44×10^(5) cm^(−1))。当PY9-T与宽带隙聚合物给体PBDB-T共混时,制备全聚合物太阳电池(APSC)实现10.45%的高能量转换效率,器件具有0.881 V的高开路电压和19.82 mA/cm^(2)的高短路电流密度。此外,器件在100°C退火后,共混膜形貌仅发生微小的变化,表明APSC具有好的热稳定性,Y9-C16为开发高效稳定的聚合物受体提供了新的构筑单元。

窄带隙半导体光催化材料研究进展

概述了窄带隙半导体光催化材料的光催化反应机理、新型窄带隙半导体光催化材料的种类以及影响窄带隙半导体光催化材料的光催化活性的因素。介绍了传统半导体光催化材料的掺杂改性方法和一些新型的窄带半导体光催化材料。