发布时间 : 星期二 文章新型共轭聚合物的设计合成及其光伏器件研究 - 图文更新完毕开始阅读9f7d521805087632301212a5
第三章 基于联二噻吩取代BDT单元的D-A型聚合物的合成及其光伏性质研究
ELUMO = - e (Eonsetred + 4.79) (eV)
其中Eonsetox 代表起始氧化电位，Eonsetred 代表起始还原电位，EHOMO代表最高占有轨道(HOMO)能级，ELUMO代表最低未占轨道(LUMO)能级。
3.2.4器件制备和测试步骤
实验中采用倒置光伏器件结构，器件结构为ITO/ZnO/polymer:PC71BM/ MoO3/Ag。氧化铟锡(ITO，15 Ω/sq) 玻璃为基板，在超声波清洗仪的作用下，依次用硫酸和双氧水混合液洗-去离子水洗(3次)-丙酮洗-异丙醇洗，每次洗涤时间15min，然后在烘箱中烘干备用。将干燥好的ITO玻璃用紫外臭氧处理15 min，预先配制的醋酸锌的2-甲氧基乙醇溶液经过滤后旋涂到ITO玻璃表面成膜，然后放入烘箱，130oC下加热处理10min，200oC下加热1小时。聚合物和PC71BM 按照一定比例混合，溶解在氯苯（2%DIO，v/v）中，配置成20 mg/mL的溶液，经过0.45微米的过滤头过滤，在1200~1600 rpm转速下，通过旋涂在ZnO层表面形成均匀的薄膜。然后蒸镀氧化钼层作为缓冲层，用掩膜版遮盖部分表面，通过真空蒸镀金属薄膜，作为电极。
此外，实验中还制备了导空穴器件，利用以空间电荷限制电流模型来测量聚合物材料的空穴迁移率。器件结构为ITO/PEDOT:PSS/polymer/MoO3/Au。 ITO玻璃、PDEOT：PSS的制备方式与光伏器件类似，聚合物配成6 mg/mL的氯苯溶液，旋涂到PEDOT：PSS表面成膜，通过蒸镀在聚合物表面形成氧化钼层，最后蒸镀金电极。通过器件的电流电压曲线计算载流子迁移率[86]。计算公式如下：
J=(9/8) εrε0μ(V2/L3)
其中J是测得的电流，εr 和ε0 分别是聚合物分子的介电常数和真空介电常数，V是器件内部压降，L是活性层厚度。
3.2.5 聚合物和中间体的合成
(1) 5-(2-乙基己基)-2,2'-联二噻吩(化合物2a)
在50 mL干燥的两口圆底烧瓶中，联二噻吩(3.32g, 20 mmol) 溶于50 mL重蒸的THF中，氮气保护下，0 oC时缓慢滴加入正丁基锂(8 mL, 2.5M, 20 mmol)，维持0 oC继续反应一小时，溶液由无色逐渐变为橙色，最后呈棕色，加入溴代异辛烷(4.25 g, 22mmol)，升温至60 oC，反应三天。加入乙醇淬灭反应，旋蒸除掉溶剂，加水和乙酸乙酯萃取，合并有机相，经水洗，盐水洗，硫酸镁干燥，
41
第三章 基于联二噻吩取代BDT单元的D-A型聚合物的合成及其光伏性质研究
过滤，滤液经旋蒸除掉溶剂，硅胶柱分离纯化，用石油醚做洗脱剂，旋蒸除掉溶剂后得到粗产品，减压蒸馏，得到浅黄色液体(3.51 g, 63.1%)。1H NMR (400 MHz, CDCl3, ppm): δ 7.18 (d, J=4.4 Hz, 2H), 7.12(d, J= 4.0 Hz, 2 H), 7.01(m, 4H), 6.68(d, J= 4.4 Hz, 2H), 2.74(d, J=6.4 Hz, 4H), 1.61 (m, 2H), 1.39-1.29(m, 8H), 0.92 (m, 6H).
图3.1 聚合物和中间体的合成路线图
(2) 5-(2-丁基辛基)-2,2'-联二噻吩(化合物2b)
在50 mL干燥的两口圆底烧瓶中，联二噻吩(3.32g, 20 mmol) 溶于50 mL重蒸的THF中，氮气保护下，0 oC 时缓慢滴加入正丁基锂(8 mL, 2.5 M, 20 mmol)，维持0 oC继续反应一小时，溶液由无色逐渐变为橙色，最后呈棕色，加入5-(溴甲基)十一烷 (5.48 g, 22 mmol)，升温至60 oC，反应三天。加入乙醇淬灭反应，旋蒸除掉溶剂，加水和乙酸乙酯萃取，合并有机相，经水洗，盐水洗，硫酸镁干燥，过滤，滤液经旋蒸除掉溶剂，硅胶柱分离纯化，用石油醚做洗脱剂，旋蒸除掉溶剂后得到粗产品，减压蒸馏，得到浅黄色液体(4.26 g, 63.4%)。1H NMR (400 MHz, CDCl3, ppm): δ 7.19 (d, J=4.4 Hz, 2 H), 7.12(d, J= 4.0 Hz, 2H), 7.01(m, 4 H), 6.67(d, J= 4.4 Hz, 2H), 2.74(d, J=6.4 Hz, 4 H), 1.61 (m, 2H), 1.39-1.29(m, 16H), 0.92 (m, 6H).
42