基于苯并三噻吩光伏材料的合成及性能研究.pdf

1、能源危機(jī)迫使人類對(duì)清潔能源的利用進(jìn)行研究，太陽能的利用被認(rèn)為是解決人類未來能源的有效途徑。當(dāng)前，有機(jī)太陽能電池已成為各國研究的熱點(diǎn)，但是其能量轉(zhuǎn)化效率仍未達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，因此需要更多研究與探索。近年來的研究表明，苯并三噻吩(BTT)被認(rèn)為是一種有效的給體結(jié)構(gòu)單元。本論文采用一種新型的苯并三噻吩異構(gòu)體作為給體結(jié)構(gòu)單元，制備得到了聚合物和小分子光伏材料，并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征和相關(guān)性能測(cè)試。
　　1．以1,3,5-三氯苯為原料，經(jīng)傅

2、克反應(yīng)和還原反應(yīng)后得到中間體1,3,5-三氯-2,4,6-三醛基苯，然后用巰基乙酸乙酯進(jìn)行合環(huán)，所得產(chǎn)物經(jīng)過水解和高溫脫羧，得到苯并[1,2-b:3,4-b':5,6-b'']三噻吩，并將其制備成含雙邊錫試劑的單體5,8-二(三甲基錫)-2-辛基苯并[1,2-b:3,4-b':5,6-b'']三噻吩(M1)。同時(shí)，以2,3-二溴噻吩為原料，經(jīng)傅克反應(yīng)和Stille偶聯(lián)反應(yīng)所得的中間體用2,3-二氯-5,6-二氰對(duì)苯醌(DDQ)和三氟化硼

3、乙醚進(jìn)行合環(huán)，進(jìn)而制備得到了M1的同分異構(gòu)體5,8-二(三甲基錫)-2-辛基苯并[1,2-b:3,4-b':6,5-b'']三噻吩(M2)。將M1和M2與帶雙溴的二己基噻吩苯并噻二唑(DTBT)進(jìn)行聚合分別得到聚合物P1和P2，通過對(duì)P1和P2的性質(zhì)的對(duì)比來探索苯并三噻吩同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)差異對(duì)聚合物性能的影響。P1因其溶解性優(yōu)于P2，故更容易制得高分子量的聚合物，并提高了其溶液可加工性。盡管P1的吸收光譜比P2藍(lán)移了35nm，但其短路電

4、流密度卻略高，同時(shí)， P1具有更低的HOMO能級(jí)，因而其PSC的開路電壓比P2高了0.1 V，故P1器件的能量轉(zhuǎn)化效率高于P2器件，為0.78％。
　　2．將具有更低HOMO能級(jí)的苯并[1,2-b:3,4-b':5,6-b'']三噻吩作為給體結(jié)構(gòu)單元，以3-乙基繞丹寧作為末端受體結(jié)構(gòu)單元來制備A-D-A型小分子光伏材料，通過采用二噻吩或三噻吩衍生物作為π共軛橋來調(diào)節(jié)分子的自組裝和堆積結(jié)構(gòu)，從而制備得到了小分子D1和D2。研究結(jié)果表

5、明，D1較D2具有更高的摩爾吸收系數(shù)，且在固體膜狀態(tài)下具有明顯的J型聚集，導(dǎo)致D1的吸收光譜拓寬和紅移；同時(shí)，D2膜的熒光強(qiáng)度只有D1膜的1/7，這表明D2膜存在明顯的熒光淬滅或激子失活，且D1、D2和PC61BM之間存在有效的電荷轉(zhuǎn)移。當(dāng)采用氯苯作為溶劑，D1/PC61BM為1:2時(shí)，基于D1的光伏器件獲得了0.99 V的開路電壓，但是短路電流密度不高，故其能量轉(zhuǎn)換效率只有0.83%。然而，采用三氯甲烷作為溶劑，D1/PC61BM為1