基于二噻吩并吡咯 π桥的窄带隙非富勒烯受体材料在有机太阳能电池中的应用

摘要

以不同烷基取代的二噻吩并吡咯(DTP)为π桥,连接吲哒省并二噻吩(IDT)中间单元和氰基茚酮(IC)或二氟代氰基茚酮(2F-IC)末端基团,设计并合成了6个窄带隙的非富勒烯受体材料.其中,IDTDTP-C2 C2-H和IDTDTP-C2 C2-F中的DTP单元以1-乙基丙基为侧链,IDTDTP-C6 C6-H和IDTDTP-C6 C6-F中的DTP单元以1-己基庚基为侧链,IDTDTP-C12-H和IDTDTP-C12-F中的DTP单元以十二烷基为侧链.6个分子均具有较窄的光学带隙(1.37～1.44 eV).相比于以IC为末端基团的分子(IDTDTP-C2 C2-H、IDTDTP-C6 C6-H和IDTDTP-C12-H),由于氟原子的拉电子效应,以2F-IC为末端基团的分子(IDTDTP-C2 C2-F、IDTDTP-C6 C6-F和IDTDTP-C12-F)具有红移的吸收光谱,以及更低的最高分子占有轨道能级(HOMO)和最低分子空轨道(LUMO)能级.以宽带隙聚合物聚[2,6-(4,8-双(5-(2-乙基己基))噻吩-2-基)-苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩-alt-5,5-(1′,3′-二-2-噻吩)-5′,7′-双(2-乙基己基)-苯并[1′,2′-c:4′,5′-c′]二噻吩-4,8-二酮](PBDB-T)为给体材料,制备了有机太阳能电池器件.PBDB-T:IDTDTP-C6 C6-F共混薄膜具有较高且更平衡的空穴/电子迁移率,以及良好的形貌,基于PBDB-T:IDTDTP-C6 C6-F的有机太阳能电池获得了6.94％的能量转换效率,开路电压为0.86 V,短路电流密度为13.56 mA/cm2,填充因子为59.5％.