高靈敏度、寬光譜響應(yīng)光伏型光探測器窄帶隙聚合物的合成與性能研究.pdf

1、近年來，有機聚合物光探測器由于具有成本低、質(zhì)量輕、柔性易加工、可制得高靈敏度、高響應(yīng)速度、寬光譜響應(yīng)的大面積多色器件等一系列優(yōu)點，而受到工業(yè)領(lǐng)域和科學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。經(jīng)過近幾年的研究和發(fā)展，聚合物光伏型光探測器的部分性能已經(jīng)可以和無機探測器相比擬，其光譜響應(yīng)范圍覆蓋到1000多納米延伸到了近紅外區(qū)。目前由于器件的性能和工作壽命等研究還不完善，還未真正應(yīng)用到科技、工業(yè)等領(lǐng)域。但聚合物光伏型光探測器件的發(fā)展前景引人注目，研發(fā)新型的聚合物材料

2、、提高器件性能及工作壽命以實現(xiàn)新興光探測器件的應(yīng)用成為了科研工作者不懈努力的目標(biāo)。
　　本論文設(shè)計并合成出了一種窄帶隙共軛聚合物，基于該聚合物的光伏型光探測器的光譜響應(yīng)延伸到了近紅外光區(qū)1300nm。另外，合成了幾種新的共軛聚合物，并對所得共聚物的結(jié)構(gòu)進行了表征，同時也簡單的研究了其光電化學(xué)性質(zhì)等。
　　在第三章中采用Pd催化下的Stille偶聯(lián)反應(yīng)合成了基于2，3-雙(4-辛氧基苯基)-5，8-二溴噻二唑苯并吡嗪(BTQ)

3、和2，6-二三甲基錫-4，8-二辛氧基苯并[1，2-b:4，5-b']二噻吩(BDT)的窄帶隙交替共聚物PBDT-BTQ(Eg=0.98eV)。并利用BTQ單元、BDT單元及4，7-二溴-2，1，3-苯并噻二唑(BT)共聚得到三元窄帶隙聚合物PBDT-BTQ-BT(Eg=0.93eV)。這兩種聚合物在固體薄膜中有著較寬的光譜吸收分別為380nm-1300nm和380nm-1320nm。共聚物PBDT-BTQ的氧化電位為0.62V，通過計

4、算得出最高占有分子軌道(HOMO)和最低未占有分子軌道(LUMO)值分別為-5.05eV和-4.07eV。共聚物PBDT-BTQ-BT的氧化電位為0.52V，最高占有分子軌道(HOMO)和最低未占有分子軌道(LUMO)分別為-4.95eV和-4.03eV。對于聚合物PBDT-BTQ-BT制備了結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT∶PSS/PBDT-BTQ-BT∶PC71BM/Ca/Al的器件，并對其作了簡單的研究。器件的開路電壓、短路電流密度、光電

5、轉(zhuǎn)換效率(0.1％)都較低，還需要進一步優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)或者尋找更匹配的受體材料，以提高器件的性能，器件的光譜響應(yīng)達到近紅外區(qū)1300nm。
　　在第四章中通過Pd催化下的Stille偶聯(lián)反應(yīng)合成了基于2，6-雙三甲基錫-4，8-二辛氧基苯并[1，2-b:4，5-b']二噻吩(BDT)和2，7-二溴-11，12-雙十六烷氧基二苯并[a，c]吡嗪(BIF)、5，8-二溴-2，3-雙[4-(3，7-二甲基辛氧基)苯基]苯并吡嗪(BQ)的交

6、替共軛聚合物，分別命名為PBDT-BIF(Eg=2.22eV)、PBDT-BQ(Eg=1.78eV)。共聚物有良好的溶解性，能溶于常用的有機溶劑中，如氯仿、甲苯等。共聚物PBDT-BIF的固體薄膜的吸收峰分別在413nm、455nm和498nm處。而共聚物PBDT-BQ的固體薄膜的吸收峰分別為386nm和620nm。由共聚物PBDT-BIF和PBDT-BQ在陽極掃描中的起始氧化電位分別為0.83V和0.79V，其EHOMO分別為-5.2

7、6eV和-5.22eV，ELUMO分別為-3.04eV和-3.44eV。
　　在第五章章中采用Pd催化下的Suzuki偶合反應(yīng)，成功的合成出了基于窄帶隙單體2，5-雙[7-（5-溴-4-辛基噻吩-2-基）苯并噻二唑-4-基]噻吩(DBrDOTBTT)與2，7-雙（4'，4'，5'，5'-四甲基-1'，3'，2'-二氧雜戊硼烷-2'-基)-9，9-二辛基芴(FB)、2，8-雙(4'，4'，5'，5'-四甲基-I'，3'，2'-二氧雜

8、戊硼烷-2'-基)-6，6'，12，12'-四辛基茚芴(IFB)、2，7-雙(4'，4'，5'，5'-四甲基-1'，3'，2'-二氧雜戊硼烷-2'-基)-N-9"-十七烷基咔唑(CZB)的交替共聚物，分別命名為PF-DOTBTT(Eg=1.77eV)、PIF-DOTBTT(Eg=1.83eV)、PCZ-DOTBTT(Eg=1.76eV)，這幾種聚合物在常用的有機溶劑如:THF、甲苯等有較好的溶解性。聚合物PF-DOTBTT在甲苯溶液中有

9、兩個吸收峰，分別在364nm和550nm處，固體薄膜的吸收發(fā)生了紅移，分別在379nm和588nm處。聚合物PIF-DOTBTT在甲苯溶液中有兩個吸收峰，分別在370nm和546nm處，固體薄膜的吸收發(fā)生了紅移，分別在381nm和577nm處。聚合物PCZ-DOTBTT在甲苯溶液中有兩個吸收峰，分別在365nm和561nm處，固體薄膜的吸收發(fā)生了紅移，分別在382nm和595nm處。聚合物PF-DOTBTT、PIF-DOTBTT、PCZ