基于苯并二噻吩-喹喔啉的D-A型聚合物光伏給體材料的設(shè)計合成與性能研究.pdf

1、聚合物太陽能光伏器件的性能與聚合物給體材料的結(jié)構(gòu)及其器件加工工藝和技術(shù)息息相關(guān)。拓寬聚合物的吸收光譜能夠顯著地改善器件對太陽光的利用率;優(yōu)化器件制備工藝，精確控制活性層的形貌，是提高器件轉(zhuǎn)換效率的最有效的手段。本論文基于課題組前期合成的一種苯并二噻吩-喹喔啉聚合物光伏材料，研究拓寬其吸收光譜的結(jié)構(gòu)改性方法，以及改善電池光伏效率的器件制備工藝。
　　(1)為了拓寬聚合物吸收光譜，增強(qiáng)其在近紅外方向?qū)μ柟獾奈绽寐?，分別用支化的和

2、直線型的烷硫基柔性側(cè)鏈替換原聚合物PBDT-DFQX-TT中的烷基柔性側(cè)鏈，合成了兩種新型共聚物PBDT-DFQX-TTSEH和PBDT-DFQX-TTSC8。烷硫基柔性側(cè)鏈的應(yīng)用，降低了聚合物的HOMO能級，使其吸收峰紅移，增強(qiáng)了近紅外吸收。其中帶支鏈取代基的聚合物PBDT-DFQX-TTSEH具有更低的HOMO能級故而其器件獲得了更高的Voc;而帶直鏈取代基的聚合物PBDT-DFQX-TTSC8則具有更高的空穴遷移率，所以其器件獲得

3、了更高的Jsc。經(jīng)過優(yōu)化，PBDT-DFQX-TTSEH獲得了最高7.84％的轉(zhuǎn)換效率，PBDT-DFQX-TTSC8則獲得了最高8.51％的轉(zhuǎn)換效率。AFM和GIXS研究結(jié)果表明，添加劑或熱退火后處理工藝會促使具有強(qiáng)分子間作用力的聚合物和PC71BM形成更大尺寸的相疇，從而降低聚合物太陽能電池器件的性能
　　(2)將具有強(qiáng)的吸電子能力的DPP作為第三單元，引入到聚合物中以改善其在長波方向的吸收能力，設(shè)計合成兩個系列、結(jié)構(gòu)為D-A

4、1-D-A2的三元共聚物。發(fā)現(xiàn)隨著DPP單元的投料占比升高，聚合物的近紅外吸收邊和ICT吸收峰逐漸紅移;當(dāng)QX單元和DPP單元的投料比為70∶30時，共聚物具有最理想的吸收光譜。但是器件研究結(jié)果顯示，盡管聚合物的光譜吸收得到了增強(qiáng)，而器件性能卻顯著變差。其原因可能是加入的DPP由于其過強(qiáng)的吸電性，使得聚合物的HOMO、LUMO能級的電子云分布向DPP單元集中，電子云分布不連續(xù)影響激子在分子鏈內(nèi)和分子間的傳遞，所以導(dǎo)致光伏器件的Jsc、F

5、F和PCE均出現(xiàn)下降。
　　(3)將聚合物PBDT-DFQX-TTSC8作為給體，在近紅外方向有強(qiáng)吸收的新型小分子ITIC和O-IDTBR作為受體，制備了非富勒烯太陽能電池器件。研究發(fā)現(xiàn)，相比其使用PC71BM制備的富勒烯器件，共混膜的吸收光譜在近紅外方向的光吸收能力明顯變強(qiáng)。使用一種新的膜形貌調(diào)控添加劑SBS后發(fā)現(xiàn)，SBS和目前最常用的溶劑添加劑DIO一樣，能夠有效調(diào)控混合膜的微觀形貌結(jié)構(gòu)，使器件的FF獲得較大幅度的改善。但是殘

6、留在活性層中的SBS和DIO能夠形成載流子陷阱導(dǎo)致器件的Jsc均發(fā)生不同程度的下降。以PBDT-DFQX-TTSC8/O-I DTBR制備的器件在1％SBS(v/v)用量的條件下FF得到了較大提高，進(jìn)而將器件轉(zhuǎn)換效率提升至8.61％;但PBDT-DFQX-TTSC8/ITIC器件，由于Jsc下降幅度較大，導(dǎo)致器件效率下降。AFM和2D-GIXS研究結(jié)果顯示，SBS導(dǎo)致O-IDTBR片層從各向異性排列堆疊變成各向同性排列，從而影響了載流子