齐聚噻吩及其衍生物有机光伏材料

齐聚噻吩及其衍生物具有良好的环境稳定性和优异的光电性能,是一类具有良好发展前景的有机功能材料。本文综述了近年来齐聚噻吩及其衍生物的发展状况,简述了其主要合成方法;根据结构将其分为两大类:一类是不含极性基团或仅含弱极性基团的齐聚噻吩衍生物,另一类是给体-受体型齐聚噻吩衍生物,并讨论了它们作为有机光伏材料的应用。给体-受体型齐聚噻吩衍生物由于分子内的电荷传输作用,其光物理和电化学性能均优于不含极性基团的齐聚噻吩,该类材料在小分子光伏器件中具有最高的光电转换效率(>10%)。文章最后简要分析了影响光伏器件性能的主要因素。     

利用相容剂调控聚噻吩/富勒烯共混薄膜形貌

选择含有噻吩环的富勒烯衍生物([6,6]-噻吩基-C61-丁酸甲酯(TCBM-Cn,n代表在噻吩环5位的烷基链碳原子数))作为聚3-己基噻吩(P3HT)和[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)共混体系的相容剂,讨论了结晶能力不同的TCBM-Cn分子对共混体系相容性和P3HT结晶行为的影响.当使用强结晶性的相容剂TCBM-C0时,虽然不能完全抑制PCBM的聚集,但由于分子中噻吩环结构的存在,少量的相容剂即可提高P3HT的结晶度.而对于弱结晶性的相容剂TCBM-C6,虽然可以完全抑制PCBM的聚集,但是只有当其含量超过PCBM时,最终才能达到促进P3HT结晶的目的.     

基于一种新型聚噻吩衍生物为给体的非富勒烯聚合物太阳能电池

With the development of non-fullerene small-molecule acceptors, non-fullerene polymer solar cells (PSCs) have garnered increased attention due to their high performance. While photons are absorbed and converted to free charge carriers in the active layer, the donor and acceptor materials both play a critical role in determining the performance of PSCs. Among the various conjugated-polymer donor materials, polythiophene (PT) derivatives such as poly(3-hexylthiophene), have attracted considerable interest due to their high hole mobility and simple synthesis. However, there are limited studies on the applications of PT derivatives in non-fullerene PSCs. Fabrication of highly efficient non-fullerene PSCs utilizing PT derivatives as the donor is a challenging topic. In this study, a new PT derivative, poly[5, 5′-4, 4′-bis(2-butyloctylsulphanyl)-2, 2′-bithiophene-alt-5, 5′-4, 4′-difluoro-2, 2′-bithiophene] (PBSBT-2F), with alkylthio groups and fluorination was synthesized for use as the donor in non-fullerene PSC applications. The absorption spectra, electrochemical properties, molecular packing, and photovoltaic properties of PBSBT-2F were investigated and compared with those of poly(3-hexylthiophene) (P3HT). The polymer exhibited a wide bandgap of 1.82 eV, a deep highest occupied molecular orbital (HOMO) of -5.02 eV, and an ordered molecular packing structure. Following this observation, PSCs based on a blend of PBSBT-2F as the donor and 3, 9-bis(2-methylene-(3-(1, 1-dicyanomethylene)-indanone)-5, 5, 11, 11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno-[2, 3-d:2′, 3′-d′]-s-indaceno[1, 2-b:5, 6-b′]dithiophene (ITIC) as the acceptor were fabricated. The absorption spectra were collected and the energy levels were found to be well matched. These devices exhibited a power conversion efficiency (PCE) of 6.7% with an open-circuit voltage (V_OC) of 0.75 V, a short-circuit current density (J_SC) of 13.5 mA·cm^-2, and a fill factor (FF) of 66.6%. These properties were superior to those of P3HT (1.2%) under the optimal conditions. This result indicates that PBSBT-2F is a promising donor material for non-fullerene PSCs.     

聚合物太阳电池光伏材料

聚合物太阳电池由共轭聚合物给体和可溶性富勒烯衍生物受体的共混膜夹在ITO透光电极和金属电极之间所组成,具有结构简单、成本低、重量轻和可制成柔性器件等突出优点,近年来受到广泛关注。聚合物太阳电池中的给体和受体光伏材料是决定器件性能的关键。本文综述了共轭聚合物给体和富勒烯受体光伏材料的最新研究进展,对共轭聚合物受体材料和给体-受体双缆型共轭聚合物光伏材料的研究进展也进行了简要介绍。在共轭聚合物给体材料中对聚噻吩衍生物以及含有苯并噻二唑的窄带隙D-A共聚物进行了重点介绍。     

基于富勒烯和噻吩聚合物的本体异质结太阳电池

随着全球能源需求量的逐年增加,对可再生能源的有效利用成为亟待解决的问题。现在使用的能源多来自矿物燃料的开采,其中包括石油、天然气和煤等,而这些资源是非常有限的。因此,发展新能源和新能源材料是我国进入21世纪必须解决的重大课题,其中太阳能被认为是清洁可再生新能源的代表之一。基于噻吩跟富勒烯的异质结太阳能电池是目前太阳能电池的重要发展方向之一。该种太阳能电池因其制备简单、成本低廉、重量轻和可制成柔性器件等优点近年来受到多方的广泛重视。经过努力,该种太阳能电池的光电转化性能已经得到了一定提高,最高光电转化效率已达到7%左右,但是跟无机半导体硅和染料敏化太阳能电池相比还有一定差距。因此,这方面的研究任重而道远,研究空间也非常大。本文从材料合成的角度,简要综述了近年来国内外在基于富勒烯和噻吩的异质结太阳能电池方面所取得的最新研究进展,并对下一步需要研究的热点问题作了展望。     

聚合物太阳能电池高效共轭聚合物给体和富勒烯受体光伏材料

聚合物太阳能电池（PSC）由共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体的共混膜（活性层）夹在ITO透明导电玻璃正极和低功函数金属负极之间所组成,具有制备过程简单、成本低、重量轻、可制备成柔性器件等突出优点,近年来成为国内外研究前沿和热点。当前研究的焦点是提高器件的光电能量转换效率,而提高效率的关键是高效共轭聚合物给体和富勒烯衍生...     

烷基取代聚噻吩的化学合成与光电性能研究进展

概述了烷基取代聚噻吩的三种合成方法,即Fe(Ⅲ)催化剂合成法、Ni(O)催化剂合成法和Cu／PdCl2催化剂合成法。介绍了烷基取代聚噻吩稀溶液和薄膜的光吸收、光发射性能,薄膜的热致变色性能及以这些材料为发光活性物质制作的发光二极管的发光性能,展望了烷基取代聚噻吩衍生物的合成与应用前景。     

聚噻吩的光电化学研究

导电聚合物是由一些具有共轭π键的聚合物经化学或电化学掺杂后形成的导电率可从绝缘体延伸到导体范围的一类高分子材料。其中噻吩及其衍生物具有导电率高、环境稳定性好、成膜性好、禁带宽度小等特点,是用做光伏电池的理想材料。相继报道的有聚3-甲噻吩[1]、聚3-己基噻吩[2],聚(3-十一烷基-2,2’-并噻吩)[3]等。对于聚噻吩的光电化学性质的研究,在国际上很少见报道,国内尚未见报道,本文对聚噻吩(PTh)的光电化学性质进行了研究。1实验部分1.1仪器与试剂光电化学实验采用带石英窗口的三电极电解池,工作电极为ITO/PTh膜电极,参比电极为饱和…     

聚噻吩的合成方法

自从1977年白川英树等发现聚乙炔这种导电聚合物以来,打破了高分子材料长期以来被认为是绝缘体的观点。随后聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等的出现使导电聚合物的种类不断出新,其用途也扩展到如导电材料、电极材料、催化材料以及太阳能电池等应用中,且已有部分产品实现了商品化。其中,聚噻吩因其良好的稳定性、易于制备、掺杂后具有良好的光电化学性能等特点而受到广泛关注。本文总结了几种合成聚噻吩及其衍生物的常见方法,包括化学氧化聚合法、电化学聚合法、金属催化偶联法、光致合成法、光电化学沉积法,以及近年来新发现的固相聚合法和酸催化聚合法,并简要介绍了各自的合成机理及优缺点。     

有机噻吩类衍生物作为电致变色材料

噻吩类衍生物包括聚噻吩衍生物和齐聚噻吩衍生物。本文从有目的地设计、合成噻吩类衍生物的角度出发,探索了其作为电致变色材料的应用,综述了噻吩类衍生物作为电致变色材料的最新研究进展。     

共轭聚合物发光和光伏材料研究进展

聚合物光电功能材料与器件因其广阔的应用前景,1990年以年来吸引了世界各国学术界的广泛关注和兴趣.聚合物光电子器件主要包括聚合物电致发光二极管、聚合物场效应晶体管和聚合物太阳能电池等,其使用的关键材料是共轭聚合物光电子材料,包括共轭聚合物发光材料、场效应晶体管材料和光伏材料等.本文主要对共轭聚合物电致发光材料和光伏材料的研究进展进行综述,介绍了这些聚合物材料的种类、结构和性质以及在聚合物电致发光器件和聚合物太阳能电池中的应用.并讨论了当前共轭聚合物光电子材料中的关键科学问题和今后的发展方向.     

聚合物:富勒烯薄膜光伏电池的反常高温热稳定性研究

聚合物太阳能电池光电转换效率已接近商业化要求,但稳定性差却成为其实用化瓶颈因素.高温暴晒是聚合物太阳能电池实用化必须面临的环境,因此提高聚合物太阳能电池的热稳定性至关重要.本文以典型的Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl(P3HT):[6,6]-Phenyl-C61-butyric acid methyl ester(PC61BM)基聚合物太阳能电池为研究模型,考察其在不同加热温度下(50~110℃)持续工作时的器件效率变化行为,结果发现电池在高温下表现出一种非常规的性能衰减再回升的行为,具体表现为高温下电池首先表现指数式急速衰减(20%~25%),随后发生反常的性能快速恢复至接近初始效率,之后电池保持超长的高温稳定性.光学显微镜和激光光束诱导电流成像结果证明,顶电极覆盖可以有效抑制活性层中PC61BM的聚集结晶,因而电池的反常热诱导稳定性提升与PC61BM的大量聚集结晶无关.活性层薄膜的紫外可见吸收光谱和器件外量子效率的表征结果证明,持续高温加热没有促进PC61BM二聚体的形成,反而有利于PC61BM二聚体的解离.综合实验分析结果,推测PC61BM在光照下的快速二聚反应及其高温解离是导致电池表现出反常热稳定性提升行为的主要原因.实验结果揭示了初期制备的聚合物太阳能电池实际处于一种亚稳态,对器件进行短暂的前期热退火有利于稳定活性层结构,消除亚稳态,有效提升器件稳定性.本研究工作不仅对富勒烯基聚合物太阳能电池的热诱导反常稳定性提升机理机制给出了解释,而且提供了一种提高聚合物太阳能电池稳定性的新策略.     

聚合物太阳能光伏技术研究进展

聚合物太阳电池因其结构简单、成本低、重量轻和可制成柔性器件等突出优点,近年来受到广泛关注,成为发展绿色可再生能源的重要方向。聚合物太阳电池中的给体和受体光伏材料是决定器件性能的关键,本文综述了共轭聚合物给体和富勒烯受体光伏材料的最新研究进展,并在共轭聚合物给体材料中对聚噻吩衍生物以及窄带隙D-A共聚物进行了重点介绍。同时讨论了薄膜优化和器件稳定性,最后从提高电池效率的几个方面展望了聚合物太阳电池的发展方向。     

含偶氮苯光学活性侧基聚合物研究进展

综述了含偶氮苯光学活性侧基聚合物近年来的发展概况 ,介绍了多种聚合体系的类型。由于偶氮苯光于活性侧基的存在 ,使得这些聚合物具有光致变色性、非线性光学活性、光学各向异性等光学性能 ,在光信息存储材料、非线性光学材料、液晶材料、光电子器件、生物分子活性光调控、纳米技术等诸多领域都有广泛的应用。     

Conjugated Oligomers and Polymers Sheathed with Designer Side Chains

Conjugated polymers (CPs) are often referred to as molecular wires because of their quasi one‐dimensional electronic wavefunctions delocalized along the polymer chains. However, in the solid state, CPs tend to self‐assemble through π‐stacking, which greatly attenuates the one‐dimensional nature. By molecular design, CPs can be molecularly insulated just like electric power cords, resulting in so‐called “insulated” molecular wires (IMWs). In this Focus Review, we will discuss their unique photophysical, electronic, and mechanical properties which originate from the absence of π‐stacking.     

噻吩低聚物能级结构的量子化学研究

用量子化学方法计算了系列EDOT低聚物的紫外-可见吸收光谱和前线分子轨道,得到了相应的能级结构参数.与实验值进行对比发现,计算值与实验值具有相同的变化趋势.计算结果表明,通过选择性地改变共轭主链的长度、取代基的位置和取代基的类型,可以规律性地改变化合物光谱性质和能级结构.     

非富勒烯聚合物太阳电池研究进展

综述了以p-型共轭聚合物为给体、n-型有机半导体为受体的非富勒烯聚合物太阳电池光伏材料最新研究进展,包括n-型共轭聚合物和可溶液加工小分子n-型有机半导体(n-OS)受体光伏材料,以及与之匹配的p-型共轭聚合物给体光伏材料.介绍的n-型共轭聚合物受体光伏材料包括基于苝酰亚胺(BDI)、萘酰亚胺(NDI)以及新型硼氮键连受体单元的D-A共聚物受体光伏材料,目前基于聚合物给体(J51)和聚合物受体(N2200)的全聚合物太阳电池的能量转换效率最高达到8.26%.n-OS小分子受体光伏材料包括基于BDI和NDI单元的有机分子、基于稠环中心给体单元的A-D-A型窄带隙有机小分子受体材料等.给体光伏材料包括基于齐聚噻吩和苯并二噻吩(BDT)给体单元的D-A共聚物,重点介绍与窄带隙A-D-A结构小分子受体吸收互补的、基于噻吩取代BDT单元的中间带隙二维共轭聚合物给体光伏材料.使用中间带隙的p-型共轭聚合物为给体、窄带隙A-D-A结构有机小分子为受体的非富勒烯聚合物太阳电池能量转换效率已经突破12%,展示了光明的前景.最后对非富勒烯聚合物太阳电池将来的发展进行了展望.     

A New Synthesis of Fused Oxa‐ and Thiacrown Ethers–Thiophene/Furan Oligomers

We have developed a two‐step sequence for preparing a series of macrocyclic oxa‐ and thiacrown ethers affixed to a thiophene/furan oligomer. The sequence involves the intramolecular Mn^III‐promoted cyclization of linear diester precursors into 2,3‐dihydrofurans, whose dehydrogenation furnishes the title compounds. A preliminary NMR study has shown that one of them seems to specifically chelate Pb²⁺ cations.     

Studies on Synthesis and Biological Activities of Novel Triazole compounds Containing Thiophene Groups

Fifteen new triazole compounds containing thiophene groups were synthesized and their structures were confirmed by means of 1H NMR, IR, MS spectroscopies and elemental analyses. The preliminary biological tests show that the titled compounds exhibit some activities of fungicides and plant growth regulators.