D-π-A型共轭聚合物的合成及其光伏性能

摘要

设计合成了3种主链相同、侧基不同的Donor(D)-π-Accept or(A)型共轭聚合物:聚[(4,8-二辛氧基苯[1,2-b;3,4-b ']二噻吩)-(9-(4-氰基苯基)-9H-咔唑)](PBDTCz-CN)、聚[(4,8-二辛氧基苯[1,2-b;3,4-b']二噻吩)-(9-(4-醛基苯基)-9H-咔唑)](PBDTCz-CHO)和聚[(4,8-二辛氧基苯[1,2-b;3,4-b']二噻吩)-(9-(4-硝基苯基)-9H-咔唑)](PBDTCz-NO2).通过调变侧基上的受体基团,比较了氰基、醛基、硝基对聚合物光学和电学性能的影响,讨论了影响聚合物光电转换效率的主要因素.3种聚合物的光学带隙和线性吸收系数依次分别为2.32 eV,152.0 L/(g·cm);2.43 eV,58.5 L/(g·cm)和2.25 eV,85.5 L/(g· cm).在这些聚合物中,彼此间的最高占据分子轨道(HOMO)能级差距很小,PBDTCz-NO2的最低未占据分子轨道(LUMO)能级最低(-3.38eV).在100W/m2模拟太阳光的照射下,基于这些聚合物的光伏器件(器件结构:ITO/PEDOT∶PSS/Polymer∶[70]PCBM (1∶2)/Ca/Al)的光电转换效率分别为0.44％(PBDTCz-CN)、0.001 8％ (PBDTCz-CHO)和0.23％(PBDTCz-NO2).低的光电转换效率主要归因于低的短路电流,而影响短路电流的主要原因有自身吸光性能的限制和弱的π-π堆砌作用.