Thiophene–benzothiadiazole–thiophene (D–A–D) based polymers: effect of donor/acceptor moieties adjacent to D–A–D segment on photophysical and photovoltaic properties
摘要:
基于噻吩(供体)和苯并噻二唑(受体)单元的新型推拉共聚物--聚[4,7-双(3-十二烷基噻吩-2-基)苯并噻二唑-共噻吩](PT3B1)和聚[4、7-双(3-十二烷基噻吩-2-基)苯并噻二唑-共噻吩](PT2B2)。凝胶渗透色谱法显示,这两种聚合物的平均分子量分别为 31â100 和 8400 g molâ1 。这两种聚合物在 300 至 650 纳米的紫外可见光范围内均有吸收。与这两种共聚物的溶液相比,薄膜的吸收边缘出现了明显的红移;光带隙在 1.7 至 1.8 eV 之间。循环伏安法显示了可逆的氧化和还原过程,计算得出的 HOMO 能级在 5.2 至 5.4 eV 之间。在对这两种材料进行有机场效应晶体管(OFET)测试时,PT3B1 显示出 6.1 Ã 10â4 cm2 Vâ1 sâ1 的空穴迁移率,而 PT2B2 则没有显示出任何场效应传输。这两种共聚物与作为电子受体的甲烷富勒烯结合后,都显示出光电效应。当共聚物PT3B1与[70]PCBM以1â:â4的比例混合时,性能最佳,在模拟空气质量(AM)1.5全球(1.5 G)照明条件(100 mW cmâ2)下,短路电流为7.27 mA cmâ2,开路电压为0.85 V,填充因子为41%,功率转换效率为2.54%。利用 PT2B2 代替 PT3B1 的类似器件性能有所下降,短路电流为 4.8 mA cmâ2,开路电压为 0.73 V,填充因子为 30%,功率转换效率约为 1.06%。
合成了五种新的含电子受体苯并噻二唑(BTZ)并通过亚乙烯基单元与电子供体芴(FL)或环戊二噻吩(CPDT)连接的电子给体-受体共聚物,以研究有机光伏器件中的聚合物结构-性质关系。两个交替的(P)和无规共聚物(P1 - P4)分别通过铃木和的Stille缩聚制备。与含芴的共聚物(P1和P3的2.08和1.95 eV)相比,环戊二噻吩共聚物(P2和P4)的电化学带隙较小(1.79和1.64 eV))。但是,与FL共聚物(对于P1和P3为−5.06和-5.15 eV )相比,CPDT的存在会提高电化学HOMO能级(P2和P4为-4.83和-4.91 eV ),从而导致较小的开路电压(V oc)在太阳能电池中。P3和P4的主要溶液和薄膜的UV-vis吸收峰(不包含附加到BTZ单元上的烷基化噻吩)处于较低的能量下,并且具有比P1和P2更大的吸收系数同行。使用密度泛函理论对几何结构,电子结构和激发态垂