论文部分内容阅读
近年来,n-型聚合物受体材料逐步在有机光电器件领域,尤其是全聚物太阳能电池领域,得到了广泛的研究。目前,报道较多的具有高的电荷迁移率和电子亲合性的n-型聚合物主要是基于萘二酰亚胺（NDI）的n-型聚合物受体材料,这类基于NDI的n-型聚合物材料表现出比富勒烯衍生物受体材料更好的热/机械性能及太阳光吸收,同时可以灵活的调节包括光学性能、电子结构、结晶性、溶解性和电荷传输等不同的内在特性从而提高器件的性能。在全聚合物太阳能电池中,寻找匹配的给受体材料是一个研究重点。首先为了寻找性能优越的n-型受体材料,本文中我们设计合成了一类具有一种缺电子单元和两个富电子单元的（D1-A）x-（D2-A）1-x random型聚合物,通过控制两个“D”单元含量比例,设计合成一系列聚合物受体材料,寻找最佳含量比例。这种random型聚合物较传统的D-A型聚合物受体而言,不同的“D”单元之间进行互补,可以拓宽对可见光的吸收范围,且这种random型聚合物在薄膜状态下可调节聚集态结构。同时寻找合适的给体与合成的一系列受体匹配。为了更好地探究这种（D1-A）x-（D2-A）1-x random型聚合物受体材料的合成及光电性能,本文尝试进行了以下工作:1.用stille偶联反应的方法合成了基于NDI（萘二酰亚胺）的（D-A）x-（D2-A）1-x random型和相应的二元聚合物受体材料0-NDI、0.3-NDI、0.5-NDI、0.7-NDI和1-NDI（统称x-NDI）。这些聚合物都是以噻吩为“D1”单元,硒吩为“D2”单元,A单元为NDI。对这五种聚合物进行TGA、GPC、UV-Vis、CV和XRD表征,结果表明:聚合物x-NDI热性能较好;对太阳光都有两个强的吸收峰,吸收限位值达到近红外区;电化学分析表明这些聚合物与给体材料PBDT-TPD能级匹配;XRD分析得到:聚合物的π-π堆积空间较小,结晶性能较强。2.为了寻找与合成的聚合物受体材料x-NDI相匹配的给体材料,我们又合成了两种类型的聚合物给体材料。一种是新型D-A1-D-A2型共轭聚合物DPP-3T（6）-TPD,另外两种是传统的D-A型聚合物PBDT-TPD、PBDTT-FBT。合成聚合物DPP-3T（6）-TPD的方法为直接芳基化反应,合成聚合物PBDT-TPD、PBDTT-FBT和方法为stille偶联反应。对这三种聚合物进行TGA、GPC、UV-Vis和CV表征,结果表明:三个聚合物给体的热性能较好,且与受体材料X-NDI的紫外吸收互补;电化学分析表明三种聚合物与PC71BM能级匹配,作为聚合物太阳能电池中的给体材料,但与受体材料0.5-NDI能级匹配时,聚合物DPP-3T（6）-TPD的驱动力稍显不足。3.从给体材料 DPP-3T（6）-TPD、PBDT-TPD、PBDTT-FBT 中筛选出与 x-NDI受体材料最匹配的给体材料为PBDT-TPD,并选择性能较好的random聚合物受体0.3-NDI和0.5NDI与聚合物给体PBDT-TPD进行器件优化,从共混溶液浓度、给受体共混比例、溶剂与添加剂、阴极缓冲层探讨对器件光电转化效率的影响。最后制备所有聚合物的器件,优化得出五种聚合物x-NDI与给体PBDT-TPD器件效率为1.80%、4.57%、5.37%、2.05%和4.70%。采用原子力显微镜（AFM）、外量子效率（EQE）和电子/空穴迁移率对器件性能进行验证。外量子效率结果表明这两种给受体共混对太阳光的响应产生了互补,增强了对太阳光的响应。同时通过AFM观测器件的活性层形貌图看出,0.5-NDI与PBDT-TPD制备韵高效率器件的一个重要的原因就是活性层形成了明显的纤维状互穿网络结构,且粗糙度较低,从而有利于活性层与电极之间界面的接触,有利于电荷的传输。