D-π-A型共轭聚合物的合成及其光伏性能

设计合成了3种主链相同、侧基不同的Donor(D)-π-Acceptor(A)型共轭聚合物:聚[(4,8-二辛氧基苯[1,2-b;3,4-b]二噻吩)-(9-(4-氰基苯基)-9H-咔唑)](PBDTCz-CN)、聚[(4,8-二辛氧基苯[1,2-b;3,4-b′]二噻吩)-(9-(4-醛基苯基)-9H-咔唑)](PBDTCz-CHO)和聚[(4,8-二辛氧基苯[1,2-b;3,4-b]二噻吩)-(9-(4-硝基苯基)-9H-咔唑)](PBDTCz-NO_2)。通过调变侧基上的受体基团,比较了氰基、醛基、硝基对聚合物光学和电学性能的影响,讨论了影响聚合物光电转换效率的主要因素。3种聚合物的光学带隙和线性吸收系数依次分别为2.32 eV,152.0 L/(g·cm);2.43 eV,58.5 L/(g·cm)和2.25 eV,85.5 L/(g·cm)。在这些聚合物中,彼此间的最高占据分子轨道(HOMO)能级差距很小,PBDTCz-NO_2的最低未占据分子轨道(LUMO)能级最低(-3.38eV)。在100 W/m^2模拟太阳光的照射下,基于这些聚合物的光伏器件(器件结构:ITO/PEDOT:PSS/Polymer:[70]PCBM(1:2)/Ca/A1)的光电转换效率分别为0.44%(PBDTCz-CN)、0.001 8%(PBDTCz-CHO)和0.23%(PBDTCz-NO_2)。低的光电转换效率主要归因于低的短路电流,而影响短路电流的主要原因有自身吸光性能的限制和弱的π-π堆砌作用。

三苯胺-芴-苯并噻二唑共聚物的合成及光电性能

采用Suzuki偶合反应合成了含有推拉电子基团的三苯胺-芴-苯并噻二唑共聚物(TPA-PF8-BT),其中供电子基团为三苯胺单元(TPA),吸电子基团为苯并噻二唑单元(BT)。通过核磁共振法、凝胶渗透色谱法、紫外-可见光光谱法和循环伏安法等对其进行了分析研究,并与芴-三苯胺共聚物(PF8-TPA)的性能进行了对比。结果显示,三苯胺-芴-苯并噻二唑共聚物的能带隙宽度Eg为2.39 eV,最低未占分子轨道(LUMO)能级为-3.01 eV,最高已占分子轨道(HOMO)能级为-5.40 eV,与PF8-TPA相比,其能带隙宽度及LUMO能级均有所降低。基于TPA-PF8-BT器件(器件结构为氧化铟锡导电玻璃(ITO)/Copolymer(70 nm)/Al(100 nm))的短路电流是基于PF8-TPA器件的短路电流的近3倍,光电性能得以改善。