基于光電器件活性層聚噻吩-ZnO雜化體系異質(zhì)結(jié)的制備與研究.pdf

1、近年來,由于導(dǎo)電聚合物光學(xué)器件其分子結(jié)構(gòu)可以自行設(shè)計(jì)合成、加工容易、毒性小、成本低、可以制備大面積輕盈薄膜等優(yōu)點(diǎn),有機(jī)/無機(jī)雜化光學(xué)器件被人們廣泛研究。將具有高遷移率的無機(jī)半導(dǎo)體納米晶引入到共軛聚合物體系中,制作的無機(jī)納米晶/共軛聚合物雜化光學(xué)器件綜合了兩種材料的優(yōu)點(diǎn):既利用了無機(jī)納米晶載流子遷移率高、化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)；又保留了高分子良好的柔韌性和可加工性。
　　 傳統(tǒng)無機(jī)納米晶/共軛聚合物雜化材料制備方法是物理共混法:先通過

2、有機(jī)金屬法、溶膠凝膠法等方法在有機(jī)溶劑中合成不同粒徑和形貌的無機(jī)納米晶,在有機(jī)溶劑中直接與共軛聚合物溶液形成均相體系。在采用物理共混法制備無機(jī)納米晶/共軛聚合物雜化太陽能電池時(shí),研究人員遇到的最大的難題時(shí)難以得到有效均勻分散的連續(xù)互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的共混物；其次,共軛聚合物與無機(jī)納米粒子共混時(shí)需要選取混合溶劑,從而影響復(fù)合體系的相容性和聚合物鏈段的取向。
　　 為了改善納米晶在共軛聚合物中的分散性,我們常用表面活性劑對納米晶Z進(jìn)行表面

3、改性。改性后的納米晶分散性得到提高,但表面改性劑只是物理包覆在納米晶表面,表面改性劑或配體與納米晶之間的相互作用微弱,易受加工和使用條件的影響,雜化材料不穩(wěn)定。與簡單的物理包覆不同,無機(jī)納米晶的表面化學(xué)修飾法師通過化學(xué)鍵將納米晶與改性劑相互作用,提高了修飾的納米晶與聚合物的穩(wěn)定性。今年來對有機(jī)與無機(jī)材料以化學(xué)鍵的方式共混制備雜化材料展開了研究,這些結(jié)果表明經(jīng)表面通過化學(xué)鍵作用聚合物修飾的無機(jī)納米晶與共軛聚合物共混得到的雜化材料光學(xué)性能、

4、穩(wěn)定性以及在有機(jī)溶劑中的分散性得到改善。
　　 本文首先通過溶膠凝膠原位水解法成功合成ZnO@PPEGMA殼核復(fù)合結(jié)構(gòu)納米晶。ATRP引發(fā)劑2-溴異丁酰溴通過酰溴與ZnO表面羥基的酯化反應(yīng)固定在ZnO納米粒子表面,再由ATRP引發(fā)聚合甲基丙烯酸甲基醚聚(乙二醇)酯(PEGMA)得到粒子表面接枝聚(甲基丙烯酸甲基醚聚(乙二醇)酯)(PPEGMA)的改性ZnO納米粒子(PPEGMA@ZnO),表面引入PPEGMA后,ZnO納米粒子的

5、在溶劑中分散性得到提高,它的近帶邊發(fā)射峰發(fā)生藍(lán)移。
　　 其次,本文嘗試用原位共混法制備雜化材料,通過在共軛聚合物體系中引入無機(jī)納米晶的先驅(qū)化合物或金屬離子,再通過相應(yīng)手段原位合成無機(jī)納米晶/共軛聚合物雜化體系。這種方法主要優(yōu)點(diǎn)在于一方面能有效地改善有機(jī)聚合物與無機(jī)納米晶之間的分散性,合成具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的共混型異質(zhì)結(jié)體系,另一方面,還可以利用有機(jī)聚合物模板原位控制納米粒子的生長,從而控制納米粒子的大小和形貌。這種方法能有效地增

6、加復(fù)合體系中的異質(zhì)結(jié)界面,增強(qiáng)共軛聚合物/納米粒子之間的電子偶合作用,較好改善電荷轉(zhuǎn)移效率。我們運(yùn)用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)原理,原位法合成了聚噻吩/ZnO納米晶雜化體系。通過使用鎳催化劑合成了2,5-聚{3-[1-甲基-2(2-溴異丁酰溴)]噻吩},然后把甲基丙烯酸鋅嫁接到含自由基引發(fā)基團(tuán)的聚噻吩上,該共聚物成膜后原位水解形成聚噻吩/ZnO納米晶雜化體系。通過掃描電鏡觀察到雜化模中生成ZnO納米晶,尺寸均勻,無團(tuán)聚現(xiàn)象；同時(shí),我