氟取代基对基于苯并三氮唑聚合物光伏性能的影响

何双艳,赵梦灵,杨心,黄锶湄,陈韵翔

(闽江学院材料与化学工程学院, 福建 福州 350000)

摘 要：设计并合成了基于苯并二噻吩(BDT)与氟代苯并三氮嘡(FBTz)的聚合物太阳能电池给体材料PBDBz-H,同时通过引入象原子合成了聚合物PBDBz-F。通过对比研究发现,在聚合物中引入氣原子可以有效地提升聚合物之间的π-π堆积作用,并降低其 HOMO能级,有利于提升器件的短路电流密度与开路电压:PBDBz-F的器件的能量转接效率比 PBDBz -H提升了50%，达到1.81%。

关键词：聚合物太阳能电池；氧取代；苯并二噻吩；氧代苯并三氮唑

0 引言

近年来,随着社会的发展以及人们对能源的需求日益增加,煤矿、石油等不可再生能源终有耗尽的一天,寻找可再生的清洁能源,是今后能源发展的重要方向。太阳能是一种取之不尽的清洁能源,如何有效地利用太阳能成为了研究者关注的焦点。聚合物太阳能电池,因其具有重量轻、成本低以及可采用溶液法制备等优点,在众多的太阳能电池中占有一席之。

聚合物太阳能电池器件是由阳极、空穴传输层、活性层、电子传输层、阴极构建而成,其中活性层对于器件的能量转换效率(PCE)起者决定性的作用。聚合物材料可供化学修饰的位点较多,通过化学修饰可以优化聚合物的溶解性、吸收光谱、前线轨道能级和载流子迁移率等,从而提升器件的光伏性能,因此研究聚合物结构与器件性能之间的关系,设计并优化新型聚合物活性层材料,成为了该领域的研究热点。

近年来,由电子给体单元(D)与电子受体单元(A)交替共聚形成的D-A型聚合物,因其具有较强的分子内电荷转移能力,成为了活性层材料的研究热点，苯并二噻吩(BDT)单元由于其具有良好的平面性,以及较高的电子云密度,适合用作D-A型聚合物的电子给体单元。而在BDT单元上引人原子,更有利于增强聚合物之间的π-π堆积作用,增强电荷的传输能力。氟代苯并三氮唑(FBTz)单元由于其具有较强的吸电子能力,将其用作电子受体单元,能够有效地促进聚合物分子内电荷转移能力。通过Stille 偶联反应与澳化反应,合成了基于FBTz的化合物:7-双(5’-澳-3-(2-乙基已基)-[2,2’-联噻吩]-5-基)-5,6-二氣-2-(2-已基癸基)-2H-苯并[d][1,2,3]三唑(化合物4),再与BDT单元在四三苯基膦钯的催化下,进行聚合反应,得到聚合物PBDBz-H。进一步将氟原子引人到BDT的侧链上,设计并合成了聚合物PBDBz-F。通过对聚合物PBDBz-H与PBDBz-F的光物理电化学性质以及器件性能进行分析,研究氟原子的取代对于器件各性能的影响。

……