光電活性聚合物納米纖維和有機(jī)光伏器件的制備研究.pdf

1、有機(jī)太陽(yáng)能電池具有質(zhì)輕、價(jià)廉以及可卷對(duì)卷大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，受到了人們的廣泛關(guān)注。而在有機(jī)太陽(yáng)能電池中，電荷是否能高效傳輸決定著電池的短路電流密度，而光電活性聚合物納米纖維因?yàn)閾碛袠O高的比表面積常被用來(lái)建立高效的電荷傳輸路徑，所以在有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層中引進(jìn)纖維可以提高器件的光電轉(zhuǎn)化效率。但是目前所制備的光電活性聚合物纖維耐溶劑性能差，無(wú)法進(jìn)行溶液再加工處理，限制了其在有機(jī)光伏領(lǐng)域中的進(jìn)一步發(fā)展。本論文工作基于靜電紡絲可便利制備核殼結(jié)構(gòu)納

2、米纖維的技術(shù)，提出一種制備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且可溶劑再分散的光電活性聚合物納米纖維的新策略。該策略利用可交聯(lián)的光電活性聚合物，將其置于納米纖維的核層，外面包裹鈍性的聚合物，而后經(jīng)內(nèi)部交聯(lián)和去除保護(hù)聚合物后制備獲得。
　　在本論文第一部分工作中，我們驗(yàn)證了這一策略。我們選用有機(jī)光伏領(lǐng)域典型的聚合物光伏材料PTB7，在其部分側(cè)鏈末端引入端烯鍵，合成得到可交聯(lián)的光電聚合物PTB7-Vn。性能研究發(fā)現(xiàn)在聚合物PTB7中引入一定量的末端雙鍵其熱學(xué)、光

3、學(xué)及電化學(xué)性質(zhì)并不會(huì)明顯改變，并且聚合物PTB7-V0.05經(jīng)紫外照射8小時(shí)后交聯(lián)度高達(dá)90％以上?；诖?，我們開始制備化學(xué)穩(wěn)定的聚合物PTB7-V0.05納米纖維的研究。我們利用單針頭靜電紡絲技術(shù)，在紡絲液中添加聚氧化乙烯(PEO)作為輔助聚合物增加溶液粘性，添加極性溶劑（乙酸、DMF）增加紡絲液的導(dǎo)電性，并且優(yōu)化光電活性聚合物含量、靜電紡絲電壓、推注速度等工藝參數(shù)，成功制備了以PTB7-V0.05為核、PEO為殼的同軸納米纖維，經(jīng)紫

4、外照射纖維內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)固化，再用異丙醇洗滌去除PEO后，得到直徑在100 nm以下的具有優(yōu)異結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的純PTB7-V0.05纖維。經(jīng)驗(yàn)證，該纖維可穩(wěn)定分散存在于其良溶劑中。
　　在第二部分工作中，我們對(duì)PTB7-Vn的光伏性能進(jìn)行了細(xì)致的表征優(yōu)化，并初步研究了它們的交聯(lián)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三羥甲基丙烷三（3-巰基丙酸）酯(TTMP)可以顯著提高PTB7-Vn體系的紫外交聯(lián)度，當(dāng)添加體積比僅為0.01％的TTMP時(shí)，PTB7-V0.05

5、在紫外照射30 min下就擁有63.41％的交聯(lián)度，其器件仍保留了85％的初始效率值。而且TTMP也可以增加器件的短路電流，基于氯苯、二苯醚和0.01％的TTMP混合溶劑制備的器件效率達(dá)到6.78％，電池的穩(wěn)定性能正在進(jìn)一步測(cè)試當(dāng)中。
　　在第三部分工作中，我們通過(guò)引入烷基側(cè)鏈來(lái)增加BDT-DTBT體系小分子的溶解性，并使用非氯綠色溶劑甲苯來(lái)制備器件。研究發(fā)現(xiàn)烷基鏈引入的位置對(duì)其光伏性能有著深刻的影響，烷基鏈位于內(nèi)側(cè)分子的光伏性能