新型基于二氟苯并噻二唑和双噻吩丙烯腈共轭聚合物的设计、合成及光伏性能

设计并合成了两种基于5,6-二氟苯并噻二唑和双噻吩丙烯腈单元的D-A型共轭聚合物,聚[(5,6-二氟-苯[c][1,2,5]噻二唑-4,7-基)-交替-((E)-2,3-双(3'-(2-辛基十二烷基)-(2,2'-双噻吩)-5,5'-基)丙烯腈)](DFBT812)和聚[(5,6-二氟-苯[c][1,2,5]噻二唑-4,7-基)-交替-((E)-2,3-双(3'-(2-癸基十四烷基)-(2,2'-双噻吩)-5,5'-基)丙烯腈)](DFBT1014)作为聚合物太阳电池的给体材料。通过侧链工程,引入了2-辛基十二烷基和2-癸基十四烷基侧链实现对聚合物的溶解性,结晶性以及共混膜形貌的调节。研究结果表明,共轭聚合物DFBT812与PC_(61)BM的共混膜表现出更好的相分离尺度,能够促进载流子的传输和抽取。基于共轭聚合物DFBT812的太阳电池器件取得了0.87 V的开路电压和6.25%的能量转换效率。除此之外,基于DFBT812的聚合物太阳电池器件在活性层厚度为220 nm时仍然表现出6%的能量转换效率。     

苯并二噻吩/苯并噻二唑ADA型光电化合物:氟取代的影响

在其组成的共轭基元上进行氟取代是有机光电材料功能修饰的常见策略之一.在前期苯并二噻吩/苯并噻二唑ADA型小分子光电化合物基础上,在两个苯并噻二唑基元上引入不同个数的氟取代基,考察氟修饰位置和个数对其基本性质、场效应晶体管和光伏性能的影响.研究表明,随着氟原子数目的增加,化合物的溶解性能降低,热稳定性提高,最高占有轨道和最低空轨道能级降低,但光谱吸收范围变化不大.有机场效应晶体管器件测试表明,当苯并噻二唑单氟代且位于外侧位点时,化合物的空穴迁移率有所降低;当苯并噻二唑双氟代时,迁移率得到了明显提高,达到0.27cm~2·V~(-1)·s~(-1).光伏器件研究发现,氟原子的引入提高了器件的开路电压,但活性层形貌变差,最终导致短路电流密度和电池效率下降.     

基于非平面稠环苝酰亚胺的全聚合物太阳能电池

将一种具有扭曲结构的稠环苝酰亚胺单元(FPDI-Th)和二氟苯并噻二唑(DFBT)作为单体,并在两者之间插入带有不同烷基侧链的噻吩作为桥接单元,合成了两种新的聚合物受体PPDIBT-Th与PPDIBT-Th-C6,并将其用于全聚合物太阳能电池器件。研究了烷基侧链对聚合物性质和有机太阳能电池(OSCs)器件性能的影响。结果表明:基于这两种聚合物的OSCs器件都展示了优异的光伏性能,烷基侧链的引入不仅会影响分子自身的堆积,还会影响与其共混的聚合物的固态堆积。引入适量的烷基侧链有利于活性层的整体形貌达到较好的平衡状态,提升光伏器件的性能。虽然PPDIBT-Th-C6自身分子间堆积变弱,但是PPDIBT-Th-C6和聚合物给体共混成膜之后,有效保证了给体的固态堆积,最终获得了更大的光电流(12.15 mA/cm~2)与光电转换效率(4.95%)。     

基于吡咯并吡咯二酮的二元和三元共轭聚合物的光电性能研究

设计合成了基于吡咯[3,4-c]并吡咯二酮(DPP)和烷氧基苯的二元共轭聚合物P1,并通过聚合中分别引入缺电子性第三单体二氟代苯并噻二唑(DFBT)和萘二酰亚胺(NDI),进一步得到三元聚合物P2和P3.结果显示,缺电子第三单体的设计引入能调节聚合物的吸光、能级并改变聚合物在薄膜状态下的聚集行为,从而影响材料的聚合物太阳能电池光电转换效率和有机场效应晶体管电荷迁移率,采取face-on聚集取向的P1在太阳电池中表现更好,而edge-on取向的P2则在晶体管中表现出更高的空穴迁移率.     

氟取代聚芳醚酮低温合成及其结构研究

通过傅克酰基化反应合成4,4'-二(4-氟苯甲酰基)二苯醚、4,4'-二(五氟苯甲酰基)二苯醚、4,4'-二(4-氟苯甲酰基)二苯硫醚以及4,4'-二(五氟苯甲酰基)二苯醚4种长链双卤单体,并进一步制备了含二氮杂萘酮聚芳醚酮聚合物.通过多氟取代双卤单体在含二氮杂萘酮聚芳醚酮聚合物主链中引入氟原子.多氟取代双卤单体具有多...     

基于宽带隙小分子给体第三组分的三元有机光伏器件

三元策略是提升器件光电转换效率的重要途径.本文设计合成了基于苯并噻二唑并二噻吩桥联基团的宽带隙小分子给体DRDTBT,并将其作为有机太阳能电池中的第三组分.通过引入具有缺电子性质的苯并噻二唑并二噻吩单元,使DRDTBT获得了较低的最高占有轨道能级以及高的结晶性,将其作为第三组分引入基于PM6∶BTP-eC9的器件中时有效提升了器件的开路电压,活性层形貌也得到了更好的调节.得益于提升的开路电压和填充因子,三元器件取得了优于二元器件的光电转换效率,其开路电压为0.86 V,短路电流密度为26.99 mA/cm²,填充因子为76.34%,最终取得了17.72%的高光电转换效率,证明将高结晶性缺电子单元引入小分子给体第三组分中是提升三元有机太阳能电池效率的有效途径.     

(甲基)丙烯酸氟烷基酯的“活性”/可控聚合

带氟烷基侧链的(甲基)丙烯酸氟烷基酯聚合物是一类具有独特表面性能和光学特性的氟聚合物,传统的自由基共聚合由于无法调节聚合物的微细结构和氟原子的分布,限制了该类聚合物在更广领域的应用.活性聚合为聚合物分子设计和合成提供了一个有效方法,利用活性聚合方法可以获得预期结构和性能的含氟嵌段聚合物材料.由于引入了氟烷基侧链,(甲基)丙烯酸氟烷基酯的活性聚合又有其特殊性,本文针对它的活性阴离子聚合、基因转移聚合、活性自由基聚合等方面作一综述.     

侧链取代的芴苯共聚物的光电性质及其溶剂化效应研究

采用Suzuki偶联聚合的方法合成了一系列化学结构明确、侧基性质(长度、体积、给/吸电子性质)不同的Hairy-Rod型芴苯共聚物. 通过光谱、电化学和模拟计算等手段研究了苯环上不同性质的侧基取代芴苯聚合物的发光性质、电化学性质和溶剂化效应等, 同时研究了侧基性质的变化对这些物理性质的影响规律. 苯环上烷基侧链长度的改变对取代共聚物的光谱、电化学和发光效率等影响很小|而随着苯环上烷氧基侧链长度的增加, 聚合物的光谱稳定性逐渐增强, 荧光发射光谱中的0-1转变逐渐被抑制, 荧光发射半峰宽减小. 苯环上取代侧基的给/吸电子性质变化对聚合物的光电性能具有全面的影响, 改变取代侧基的给/吸电子性质可调节芴苯共聚物的发光颜色和HOMO, LUMO能级以及HOMO-LUMO能隙等, 因此, 通过引入不同性质的侧基可实现对此类聚合物光物理性能的调控. 溶剂的极性对聚合物溶液的光谱性质具有显著影响, 溶液光谱随溶剂极性的增大逐渐向长波移动. 当聚合物本身带有强极性基团时, 在强极性溶剂中将发生聚合物分子链与溶剂分子间的强极性相互作用, 从而会引起更复杂的结果.     

含Ullazine结构基元的共轭聚合物的合成及其光电性能研究

将Ullazine结构基元引入到聚合物主链或侧链中,分别与吡咯并吡咯二酮(DPP)、2,5-双(三甲基锡)噻吩共聚得到了二元共聚物PB和三元共聚物PT,分别利用凝胶渗透色谱和热重分析表征了聚合物的分子量和热稳定性,并研究了聚合物的光物理、电化学和光伏性能.基于共聚物PB和PT作为电子给体材料的聚合物太阳能电池器件测试结果表明,二元共聚物PB由于具有较低的能级水平从而获得较高开路电压,而侧链含Ullazine结构基元的三元共聚物PT具有更宽的吸收光谱和更高的空穴迁移率,获得了更高的短路电流和能量转换效率.     

主链含噻唑单元的新型聚噻吩衍生物的合成与光伏性能

聚噻吩(PT)衍生物由于简单易合成和较好的光电性能,被广泛运用于有机太阳能电池(OSCs)中,但PT较高的能级限制了其在非富勒烯类OSCs的应用。为了降低PT的能级结构,本研究将噻唑单元引入到聚噻吩主链中,设计并合成了新型聚合物给体材料PBTzCl-T。通过紫外-可见吸收光谱、电化学循环伏安法及密度泛函理论(DFT)计算等对聚合物的结构、光学和电学性能进行了表征,并对制备的光伏器件进行了光电性质研究。结果表明：噻唑的引入能够有效降低聚合物的HOMO和LUMO能级,从而提高光伏器件的开路电压。PBTzCl-T在不同溶剂中表现出不同的预聚集行为,进而影响聚合物给受体界面处的电荷转移能力和活性层形貌,导致光伏器件的短路电流和填充因子变化。