基于二维苯并二噻吩非富勒烯受体材料的合成及其光伏应用

• 作 者: 王颖
• 出 处: 南昌大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 有机太阳能电池 非富勒烯聚合物太阳能电池 苯并二噻吩 小分子受体

太阳能电池核心组成部分为光伏材料,其中非富勒烯受体材料已经成为本体异质结有机太阳电池的研究热点。本文研究内容为基于二维的苯并二噻吩非富勒烯受体材料,合成一系列具有二维共轭结构的“拉电子单元-给电子单元-拉电子单元(A-D-A)”型非富勒烯受体,分别研究了引入硫原子、同时引入硫原子和氟原子和引入不同数目的氟原子对受体材料性能的影响。1.我们成功设计、合成了含有苯并二噻吩(BDT)单元,二维共轭结构的A-D-A型受体ITIC-T-S和ITIC-T-SF,然后分别与ITIC2(本文记为ITIC-T)进行比较。与ITIC-T相比ITIC-T-S具有更高的电子迁移率和略宽的光学带隙,相似的紫外吸收。基于PBDB-T-SF:ITIC-T-S器件与PBDB-T-SF:ITIC-T相比,前者显示出更小的晶体相干长度,更弱的双分子重组,更有效的光子捕获效率,PBDB-T-SF:ITIC-T-S 器件的 FF 为 66.8%,PCE 为 11.6%,远远优于 PBDB-T-SF:ITIC-T器件(PCE=10.1%,FF=59.7%)。与 ITIC-T-S 相比,ITIC-T-SF 引入了氟原子,使得后者具有更宽的光学带隙,更强的吸光能力,但是结晶性却有所降低。基于PBDB-T-SF:ITIC-T-SF器件,由于PBDB-T-SF和ITIC-T-SF中具有相同的单元BDT-SF,又增加了混合膜的结晶性,同时有利于减弱双分子重组效应,其FF为68.6%,PCE 达到 12.1%。2.通过在BDT单元侧链中引入不同数目的F原子,合成ITIC-0F、ITIC-2F和ITIC-4F这三个分子。测试结果发现这三个分子在500-800 nm波长范围具有宽而强的吸收,引入F原子数目越多蓝移幅度更大,LUMO能级位于-3.84～-3.86eV之间,三个分子热分解温度大约为340℃,说明在BDT单元侧链引入氟原子对分子稳定性并没有很大的影响。在各组器件中基于PM6:ITIC-2F的器件效率最佳,其PCE达到10.814%,基于PM6:ITIC-0F的器件效率为9.172%,基于PM6:ITIC-4F的器件效率最低,其PCE仅为6.37%。