基于氟化苯并噻二唑结构的共轭聚合物设计与合成及其光伏性能的研究#张毅，高雷，孙清江**510（东南大学生物电子学国家重点实验室，南京210096）摘要：有机太阳能电池相对于传统的无机半导体太阳能电池具有成本低、制备工艺简单、柔性、重量轻、可制备大面积器件等优点，备受人们的关注。给体材料的吸收光谱、能级以及空穴迁移率等都是影响光伏器件能量转化效率的主要因素，本文主要从拓宽材料的吸收光谱、调节能级、提高迁移率等方面出发，设计合成了两种基于氟化苯并噻二唑结构的共轭聚合物PIDT-DTBT和PIDT-DTffBT。其中聚合物PIDT-DTffBT具有较高的空穴迁移率和较窄的带隙1.90eV，基于PIDT-DTffBT/PC71BM(1:1，w/w)的光伏器件在标准光强照射下，能量转化效率为1.39%。关键词：有机太阳能电池；共轭聚合物；空穴迁移率；能量转化效率中图分类号：O631.215Design,SynthesisAndPhotovoltaicPropertiesOfConjugatedCopolymersBasedOnFluorinatedBenzothiadizoleZhangYi,GaoLei,SunQingjiang2025303540(StateKeyLaboratoryofBioelectronics,SoutheastUniversity,Nanjing210096)Abstract:Comparedtoconventionalinorganicsemiconductorsolarcells,Organicphotovoltaics(OPVs)havecaughtpeople’sattentionrecentlysincetheyhavetheadvantagesoflowcost,simplemanufactureprocess,flexibility,lightweightandcouldbemadealargeareadevices.Themainfactorsofaffectingthepowerconversionefficiencyofthephotovoltaicdevicesincludingtheabsorptionspectrumofthematerials,theenergylevelandtheholemobility.Thispaperisfocusingondesignandsynthesisofnewphotovoltaicmaterialswithbroaderabsorptionspectrum,appropriateenergylevel,higherholemobility.Finallytwoconjugatedcopolymersbasedonfluorinatedbenzothiadizoleastheacceptorunit,PIDT-DTBTandPIDT-DTffBTweredesignedandsynthesized.ThebandgapofpolymerPIDT-DTffBTwere1.90eV.ThepowerconversionefficiencyofthephotovoltaicdevicebasedonPIDT-DTffBT/PC71BM(1:1,w/w)were1.39%.Keywords:Organicphotovoltaics;conjugatedcopolymers;holemobility;powerconversionefficiency0引言在化石能源日益枯竭、环境污染日渐严重的今天，开发将太阳能转换成电能的太阳能电池十分重要。相对于传统的无机太阳能电池，有机太阳能电池具有具有重量轻、成本低以及可制成柔性大面积器件等优点，从而具有广阔的应用前景。作为有机太阳能电池的主要组成部分，光活性层材料的改进，尤其是共轭聚合物材料性能的改进是有机太阳能电池研究的一个重点。近年来，大量用于光敏活性层的共轭聚合物材料被设计合成出来，并被应用到光伏器件中，为研制高效率、可商业化的有机光伏电池打下了坚实的基础。最近几年，氟化共轭聚合物越来越多的应用于有机场效应晶体管（OFET）和有机发光基金项目：博士点科学研究基金(No.:20100092120037)作者简介：张毅，(1986-)，男，硕士研究生，主要研究方向:聚合物太阳能电池。通信联系人：孙清江，(1976-)，男，教授，主要研究方向:仿生/纳米光电子学研究（包括传感、平板显示和太阳能电池）。E-mail:sunqj@seu.edu.cn-1-二极管（OLED）中[1-4]，原因在于氟原子具有如下特点：（1）氟原子是电负性最强的元素；（2）氟原子是最小的吸电子基团；（3）氟原子通常对分子内或分子间的相互作用力有较大影响[5,6]。最近，氟化聚合物也越来越多得引入到有机太阳能电池中来，也都取得了不错的4550效果[7-9]。另外，含引达省并二噻吩（IDT）共轭聚合物在光电领域中的应用也引起了人们的兴趣，原因在于引达省并二噻吩的共平面结构可加强聚合物分子间的相互作用，提高聚合物的空穴迁移率[10-17]。在本文中，我们合成了带芳基的引达省并二噻吩的给体单元，与氟化苯并噻二唑及苯并噻二唑受体单元进行聚合，得到两种共轭聚合物：PIDT-DTBT和PIDT-DTffBT（如图1所示），并对这两种聚合物的光物理性能、电化学性能进行表征，研究了氟原子对聚合物材料的影响，同时，将这两种材料应用于光伏器件中，进行了简单的器件表征。C4H9C4H9C6H13C2H...