含EDOTBT單元低能隙有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成及應(yīng)用.pdf

1、低能隙有機(jī)半導(dǎo)體材料具有較寬的吸收，因而在太陽能電池中具有廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)于低能隙有機(jī)半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)最有前景的方法是在主鏈上引入供電子單元(Donor)和受電子單元(Acceptor)形成D-A型結(jié)構(gòu)。本論文主要工作集中在含EDOTBT單元的低能隙有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成及應(yīng)用。具體工作如下：
　　(1):采用Heck反應(yīng)成功制備了以3,4-乙撐二氧基噻吩（EDOT）為供電子單元，4,7-二溴-2,1,3苯并噻二唑（BT）為吸電子單元

2、D-A型共軛單體，4,7-二(3,4-乙撐二氧噻吩)-苯并噻二唑（EDOTBT），對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。
　　(2):采用 Heck反應(yīng)制備了小分子低能隙半導(dǎo)體材料EDOTBT-F6-EDOTBT。通過核磁共振氫譜法、紫外可見光光譜法、熒光發(fā)射光譜法，對(duì)半導(dǎo)體EDOTBT和EDOTBT-F6-EDOTBT的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：成功合成了兩種有機(jī)半導(dǎo)體EDOTBT和EDOTBT-F6-EDOTBT。兩種半導(dǎo)體材料具有較寬的

3、吸收和較高的摩爾消光系數(shù)分別為1.7*104L/mol，2.2*104L/mol。將EDOTBT和EDOTBT-F6-EDOTBT作為染料，應(yīng)用于染料敏化電池中，EDOTBT得到的電池性能更好。當(dāng)染料 EDOTBT濃度為20 mg/ml時(shí)、浸泡時(shí)間為48 h時(shí)由EDOTBT制備的染料敏化電池性能短路電流（Jsc）為4.45 mA/cm2，開路電壓(Voc)為0.52 V，填充因子（FF）為0.56，光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）1.3％。

4、>　　(3):采用 Heck反應(yīng)制備了三種不同摩爾比的（1:2、2:3、3:4）有機(jī)半導(dǎo)體EDOTBTF6。通過核磁共振氫譜法、紫外可見光光譜法、熒光發(fā)射光譜法、循環(huán)伏安曲線法及熱重分析法，對(duì)三種有機(jī)半導(dǎo)體EDOTBTF6的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：成功合成了三種不同摩爾比的有機(jī)半導(dǎo)體小分子化合物。紫外和熒光光譜測(cè)試分析表明，EDOTBTF6的紫外吸收光譜和熒光發(fā)射光譜隨著EDOTBT含量增多逐漸紅移，這是由于EDOTBTF6（3

5、:4）的共軛長度更長。電化學(xué)性能測(cè)試得到了三種化合物的能帶隙，EDOTBTF6的能帶隙隨 EDOTBT含量的增加逐漸減小。熱失重分析表明，EDOTBTF6的熱穩(wěn)定性隨著 EDOTBT含量的增加逐漸降低，原因是 EDOTBT中的EDOT受熱易分解。
　　(4):采用 Suzuki偶合反應(yīng)制備了低能隙共軛聚合物PEDOTBTF6。通過核磁共振氫譜法、紫外可見光光譜法、熒光發(fā)射光譜法、循環(huán)伏安曲線法及熱重分析法，對(duì)聚合物的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行

6、了研究。結(jié)果表明：共聚物PEDOTBTF6的紫外吸收光譜與熒光發(fā)射光譜均較單體EDOTBTF6發(fā)生了明顯的紅移。循環(huán)伏安研究表明共聚物PEDOTBTF6具有較低的能帶隙(Eg=1.65 eV)，HOMO和LUMO能級(jí)分別為-5.23 eV、-3.58 eV。熱失重分析表明該聚合物具有良好的熱穩(wěn)定性。
　　(5):成功制備了基于 PEDOTBTF6/PCBM的本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池，并系統(tǒng)深入的研究了薄膜厚度和混合物質(zhì)量比及對(duì)退火溫度

7、，退火時(shí)間種電池性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)聚合物PEDOTBTF6與PCBM的質(zhì)量比為1:3，活性層厚度為60 nm，退火溫度為160℃，退火時(shí)間為20 min條件時(shí)電池性能最好。短路電流（Jsc）為1.62 mA/cm2，開路電壓(Voc)為0.42 V，填充因子（FF）為0.26，光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）0.19％。AFM分析研究表明，退火處理有利于PEDOTBTF6-PCBM活性層形成相分離，并形成雙通道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于電荷的分離和傳

8、輸。
　　(6):成功制備了基于聚合物 PEDOTBTF6/TiO2聚合物雜化太陽能電池，研究了鈦酸四丁酯水解條件，并對(duì)電池性能進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明：PEDOTBTF6/TiO2活性層的最佳水解條件是：采用氯仿為溶劑在濕度為90％的密閉容器中水解24 h。AFM分析研究表明：鈦酸四丁酯經(jīng)過水解后在活性層中形成了TiO2顆粒，且均勻的分布在活性層中。當(dāng)聚合物PEDOTBTF6與TBTT的質(zhì)量比為1:3，活性層濃度為20 mg/ml，