回顾PCDTBT结构的改性聚合物太阳能电池中使用gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

本文回顾的改性聚(n - 9′-heptadecanyl - 2, 7-carbazole-alt-5, 5 - (4′, 7′-di-2-thienyl-2′, 1′, 3′-benzothiadiazole)] (PCDTBT)结构在过去的几年里。这个手稿提供了各种咔唑,在PCDTBT benzothiadiazole,π-bridge修改单位。这些修改包括氟化、π-bridge变更、ladderization捐赠单位,替换gydF4y2Ba硒gydF4y2Ba和体系结构的亲安排gydF4y2Ba聚合物gydF4y2Ba骨干,比如D-πA1-π-A2-π,等等。所有结果PCDTBT衍生品研究为目的来提高生成的聚合物太阳能电池的光电性能。尽管这些修改的功率转换效率PCDTBTs尚未超过10%,PCDTBT-based共聚物仍然作为一个重要的聚合物在聚合物太阳能电池的研究。gydF4y2Ba

关键字gydF4y2Ba

聚合物太阳能电池,PCDTBT结构,咔唑gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

最近,电源转换效率(PCE)的聚合物gydF4y2Ba太阳能电池gydF4y2Ba(PSC)已经超过10%gydF4y2Ba1gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。有各种选项对供体和受体单元合成的光伏(PV)共轭共聚物的性能。在合成亲水(数字-模拟)共聚物,PCDTBT的数字-模拟共聚物已广泛研究的研究人员在实验室和在现实条件下(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]。因此,综述论文的焦点是在整合电子基咔唑(Cz)单元的传导benzothiadiazole (BT)通过杂环π-bridges单位。gydF4y2Ba

捐赠一部分沿着PCDTBT骨干是咔唑,也称为9-azafluorene,结构类似于芴(gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba)[gydF4y2Ba7gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。芴和咔唑的唯一区别是,在9个碳原子gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba芴-安置的被氮原子取代形成gydF4y2Ba咔唑gydF4y2Ba。据程et al .,这替代抢先酮形成9gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba-安置与氮原子氧化是不可能出现在咔唑结构。除此之外,可取的咔唑的溶解度性质可以通过功能化的9gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba定位与合适的氮烷基链。此外,咔唑的单位可以提供稳定的自由基阳离子的形式,因为他们表现出良好的光和热稳定性。这些特征使咔唑应用p型gydF4y2Ba半导体gydF4y2Ba(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

咔唑单体可以与对方进行聚合的3,6-position或2,7-position形成聚(3 6-carbazole)或聚(2,7-carbazaole)分别gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。发现的meta-linkages苯在聚(3、6 -咔唑)限制接合。2,7-linked polycarbazole, para-linkage导致更长的有效共轭长度(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。7-carbazaole研究人员发现,聚(2)更有利于被用作供体在PSC比半个聚(3 6-carbazaole)。这是因为指控能够沿着2扩散,7-linked共轭咔唑脊椎比3因素咔唑PSC (gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

在2009年,来自日本的三名研究人员成功地合成了聚(1,8-carbazole)。这项研究还报道,alkyne-linked聚(1,8-carbazole)展品更好的热稳定性比聚炔烃(8-carbazole)没有联系(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。除此之外,从聚咔唑连接的效率提高(3 6-carbazolylene) <聚(1,8 - carbazolylene) <聚(2,7-carbazolylene) [gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。此外,咔唑单体通过2也可以聚合,9-position和3,9-position [gydF4y2Ba13gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。此外,有一些研究应用有规则的咔唑作为捐赠一半,这在第六节将进一步阐述。gydF4y2Ba

在过去的几十年里,深入研究了通过将各种各样的咔唑衍生物与不同类型的受体单元,当X来标示gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba。一些例子X喹喔啉,pyrido [3、4 b]吡嗪,benzoxadizole, thienopyrazine, benzothiadiazole,等等gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。本综述论文着重于PCDTBT及其衍生物,其中X是benzothiadiazole。各种类型的烷基链的引入对咔唑单元和烷氧基替换benzothiadiazole单元有助于获得合理可取的溶解度的共聚物在溶液处理。除此之外,烷氧基替换也提高了平面化的聚合物(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。比较之后,辛和octyloxy取代基发现的最有前途的侧链PCDTBT衍生品。gydF4y2Ba

PCDTBTgydF4y2Ba

在过去的二十年里,聚(n - 9′-heptadecanyl 2, 7-carbazole-alt-5, 5 - (4′, 7′-di-2-thienyl-2′, 1′, 3′-benzothiadiazole)] (PCDTBT) (gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba)被发现是一种很有前途的供体材料,拥有令人印象深刻的稳定和人类水平低的太阳能电池(gydF4y2Ba19gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。因此,深入研究和各种修改已经完成在PCDTBT为了提高现有功能和效率(gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。最初的PCE通过PCDTBT-based聚合物gydF4y2Ba太阳能电池gydF4y2Ba(PSC) 3.6%gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。然而,这超越了PCE值取代个人电脑gydF4y2Ba_{61年gydF4y2Ba}BM和电脑gydF4y2Ba_{70年gydF4y2Ba}BM受体散装异质结(PSC BHJ),以及由此产生的PCE值是c.a。与内部量子效率6.1%(以)到100% (gydF4y2Ba24gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

最近,PCE值报告王等人在2013年取得了7.5%采用氧化石墨烯的电子传输层PCDTBT:电脑gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}BM-based BHJ PSC (gydF4y2Ba25gydF4y2Ba,gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]。尽管最近的最高PCE PCDTBT-based PSC PCE未超过10%,PCDTBT共聚物仍然是一个了不起的共轭共聚物(gydF4y2Ba22gydF4y2Ba,gydF4y2Ba24gydF4y2Ba,gydF4y2Ba25gydF4y2Ba,gydF4y2Ba27gydF4y2Ba,gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]。各种类型的PCDTBT衍生品已经通过ladderization合成,氟化,或替换类似的化合物,如selenophene naphthothiadiazole和排泄物来优化现有的光伏特性(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

引人注目,这是发现的PCE PCDTBT-based PSC可以进一步提高了少量的银纳米粒子的加入到有源层(gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

英国电信部门修改gydF4y2Ba

丁等人开发了一个类似的聚(N 90 - heptadecanyl 2, 7 -咔唑alt 5 5 - (70 - di - 2 -噻吩基-50,60-bis (octyloxy) 2, 1, 3-benzothiadiazole), PCDODTB合并两个连锁octyloxy benzothiadiazole单位(gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba]。这两个octyloxy侧链benzothiadiazole单元产生年代的分子间相互作用,增强了常见的有机溶剂中的溶解度和增加了平面化的共聚物(gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba,gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

总结了PCDODTBT的光学和电化学性质gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba。最高的PCE值通过PCDODTBT-based PSC设备是1.44%与2.5%的戴奥DCB添加剂处理溶剂(gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba]。此外,丁等人还报道与令人印象深刻的四氯乙烯共聚物,即。,4。02%, which used benzodithiophene instead of carbazole as donor moieties. Neither additives nor annealing is applied during the fabrication of this聚合物gydF4y2Ba基于光伏设备(gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

表1:gydF4y2Ba的实验数据gydF4y2BaPCDTBTgydF4y2Ba及其衍生物。gydF4y2Ba

当octyloxy BT的侧链取代dodecyloxy组,PCDODTBT-12就形成了。这两个dodecyloxy链导致轻微的带隙增大换低档。0.1 eV HOMO能级PCDODTBT-12 PCDTBT相比。从gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba,它可以注意到PCDODTBT-12是最大的带隙。退火(60°C, 20分钟)PCDODTBT-12:电脑gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}BM混合电影(1:4 w / w) PSC具有相对较高的空穴迁移率比其他共聚物PSCgydF4y2Ba表1gydF4y2Ba(gydF4y2Ba34gydF4y2Ba,gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。混合电影成立于倒置的太阳能电池,实现了PCE值6.04%当有机聚(二乙基- 6 - (2,7-carbazol-9-yl) hexylphosphonate), PC-P夹层应用在光伏设备gydF4y2Ba34gydF4y2Ba,gydF4y2Ba36gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

此外,凯西等人报道一个实验的替代thioalkyl (sr)到BT PCDODTBT单元,称为PCDSDTBT。sr和或者(烷氧基的)集团拥有不同的影响高分子共聚物的构象和电子性质。本研究比较PCDODTBT和PCDSDTBT。老组,结果发现非常大的斯托克斯变化和高VgydF4y2Ba_ocgydF4y2Ba值(即,> 1.0 V)的PCE值PCDODTBT在这项研究。4%,这是双重的PCE PCDSDTBT1 PCDSDTBT2, c.a。2%。sr链长度的改变不会对PV PSC的性能有很大的影响(gydF4y2Ba37gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

BT在PCDTBT替换为2时,1,3-naphthothiadiazole (NT)、受体单元的扩展芳香π-conjugation成功地缩小了光学带隙PCDTNT (gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba)比PCDTBT (1.87 eV)。结果列在BHJ PSC专栏PCDTNT来自PCDTNT:电脑gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}BM混合包含1.0 v / v % 1, 8-octanedithiol (ODT)添加剂,提高光伏性能的PCDTNT-based PSC PCE值的1.31%。的PCE值PCDTNT-based PSC没有添加剂仅达到0.42%。这些低PCE值可以解释从相对较低的FF比其他PSC PCDTNT获得的价值gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba,这限制了光伏PCDTNT-based PSC的性能。FF价值较低是由于相对较低的分子量(MgydF4y2Ba_wgydF4y2Ba)、低空穴迁移率和笨重的NT单位造成不利的形态(gydF4y2Ba38gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

HXS-1gydF4y2Ba

聚(2 - (5 - (5,6-bis (octyloxy) 4 - (thiophene-2-yl)苯并[c] [1、2、5] thiadiazole-7-yl) thiophene-2-yl) 9-octyl-9h-carbazole), HXS-1 (gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba)被秦和同事在2009年首先报道,并进一步研究了许多其他的研究团队。根据秦et al ., HXS-1设计更平面配置以提高共聚物的太阳能电池的电荷传输能力的应用程序。结果表明,HXS-1-based PSC由使用DCB:戴奥溶剂具有高FF和JgydF4y2Ba_SCgydF4y2Ba值,即。,69年% and 9.6 mA/cm^2gydF4y2Ba,分别。这些值表明取得了平衡电荷传输和0.69的FF PSC中最高的价值,就是实现> 5%。除此之外,HXS-1展览可见地区广泛吸收和具有前景的溶解在氯仿和二氯苯(DCB) [gydF4y2Ba39gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

此外,李等人研究的影响1、8-diiodooctane(戴奥)添加剂HXS-1的PSC的光伏性能。结果表明,目前的戴奥有助于提高电荷传输,减少电荷的复合载体混合的电影。外部量子效率(eq)已经被spin-coated没有戴奥被发现与戴奥已经低得多。总之,戴奥添加剂的加入的溶剂HXS-1:电脑gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}基于BM PSC的光伏性能增强细胞(gydF4y2Ba40gydF4y2Ba]。PSC的PCE从3.6%增加gydF4y2Ba32gydF4y2Ba,gydF4y2Ba40gydF4y2Ba)到5.4% (gydF4y2Ba39gydF4y2Ba,gydF4y2Ba40gydF4y2Ba通过使用戴奥作为溶剂添加剂。gydF4y2Ba

此外,HXS-2和HXS-3产生当两个和三个咔唑捐赠单位与受体(半个共聚之前联系在一起gydF4y2Ba39gydF4y2Ba,gydF4y2Ba41gydF4y2Ba]。共聚骨干的扭转角增加时,咔唑单元增加。HXS-2的PCE值和HXS-3是0.43%和0.23%,而经验丰富的dramHXS-1 [gydF4y2Ba41gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

氟化作用的影响gydF4y2Ba

氟化聚合物骨干被发现是一种很有前途的途径来增强BHJ聚合物太阳能电池的光伏性能(gydF4y2Ba42gydF4y2Ba]。一个氟原子引入共轭骨干使能量得到有效调整降低HOMO和LUMO能量带隙不会引起重大的改变。除此之外,氟原子也提高电荷传输,分子排列,和由此产生的共轭聚合物的光学性质(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。这些氟原子的公司需要做过功能化(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba,gydF4y2Ba42gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

有趣的是,发现非共价库仑相互作用(gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba与噻吩)之间存在氟BTπ-bridges通过年代……F, F CH…, CH…N相互作用[gydF4y2Ba43gydF4y2Ba]。因此,许多研究者开始增长的兴趣氟化受体单元(gydF4y2Ba44gydF4y2Ba,gydF4y2Ba45gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

Umeyama等人是最早合成P1研究氟化作用对PCDTBT的物理和化学性质的影响。P2额外hexylthiophene单位当时合成克服穷人溶解度前P1。electronwithdrawing氟原子倾向于减少共聚物的HOMO能级,然而这氟化效应可以抵消的电子捐赠hexylthiophene单元,进而导致人类水平高于PCDTBT。此外,P2薄膜的光学带隙(1.82 eV)被发现小于PCDTBT (1.89 eV)。相反,P1薄膜的光学带隙1.96 eV,高于PCDTBT。这么高的带隙是由低分子量的P1电影由于微薄的溶解度。除此之外,有几个因素导致PCE 1:4 w / w值P1:电脑gydF4y2Ba_{70年gydF4y2Ba}BM(1.29%)和P2:电脑gydF4y2Ba_{70年gydF4y2Ba}基于BM(1.98%)混合PSC设备被发现是远低于类似PCDTBT (6.16%) (gydF4y2Ba46gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

一年后,一篇研究论文对单、双氟化benzothiadiazole PCDTBT发表的金et al。这两个的实验细节P3和P4衍生品列表gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba。基于获得的数据,P4和两个氟原子取代被发现HOMO和LUMO能级较低相对于单氟P3,然而P3和P4表现出类似的带隙。除此之外,P3的空穴迁移率和P4-based有机薄膜晶体管(OTFT)。3.03×10gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba厘米gydF4y2Ba^2gydF4y2BaVgydF4y2Ba^1gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba和9.50×10gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba厘米gydF4y2Ba^2gydF4y2BaVgydF4y2Ba^1gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba分别为(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

表2:gydF4y2Ba实验和表征数据的摘要gydF4y2BaP1-P11gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

后来,卡特莱特等人调查和光学相比,电化学,热,分子排列的三个不同类型的氟化PCDTBT (gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba),即。,个人电脑ffDTBT (P5), PCDTffBT (P6), and PCffDTffBT (P7). From表2gydF4y2Ba,P5展览最高分子量比其他两个,这是推测导致分解温度最高。两种共聚物与氟化咔唑单元(即。,P5一个ndP7)were found to have higher HOMO and LUMO energy level as compared with the non-fluorinated carbazole-based copolymer, P6. However, the electrochemical bandgap achieved by P6 is the lowest amongst these three fluorinated PCDTBTs. Meanwhile, P5 has the lowest optical bandgap which enables the P5-based copolymer to harvest more photons from the solar spectrum. Besides that, the XRD study discovered that the copolymers with fluorinated benzothiadiazole unit (i.e., P6 and P7) have the ability to promote the π-π stacking of the solid state copolymeric backbones, which in turn improve the molecular ordering of the copolymer [22gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

氟化的HXS-1 3 6-position咔唑的捐赠单位生产共聚物,P8,研究了Du et al。这项研究表明,两个氟原子的取代咔唑导致较低的HOMO和LUMO能级。相比与non-fluorinated HXS-1, P8具有较小的能带,更高的VgydF4y2Ba_ocgydF4y2Ba和J类gydF4y2Ba_SCgydF4y2Ba清单,P8是个不错的供体材料PSC PCE值高达4.8%。除此之外,基于p8共聚物的热及电化学稳定性被认为是比HXS-1-based共聚物。这一结果可能是由于氟化咔唑啉进而保护高度活跃的3、6位。戴奥添加剂制造中使用HXS-1-based PSC提高光伏性能。另一方面,在处理溶剂添加戴奥制造基于p8的PSC不会导致任何积极影响光伏性能但1-chloronaphthalene (CN)。最好的PCE值,即。,4.80% was obtained from the PSC that fabricated by using trichlorobenzene (TCB) processing solvent which consists of 10% of CN [32gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

的π-BridgesgydF4y2Ba

有一些研究供体和受体之间的π-bridges半个沿着聚合物骨干。发现π-bridges提高π-π交互进而促进电荷移动的共聚物(gydF4y2Ba47gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba52gydF4y2Ba]。的π-bridges光电性能有很大的影响和共聚物的分子结构gydF4y2Ba52gydF4y2Ba]。通常,π-bridges五元杂环化合物,包含组16个元素,如呋喃、噻吩、selenophene, tellurophene [gydF4y2Ba48gydF4y2Ba]。最常用的π-bridges噻吩,及其衍生物,如thienothiophene (TT), dithiophene (2 t),或oligothiophenes。据王et al ., TT展品优越的光伏性能比呋喃,噻吩gydF4y2Ba52gydF4y2Ba,gydF4y2Ba53gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

2014年,皮尔森等人的研究报道链接器组效果TT或2 t的桥梁共聚物供体材料。本研究发现有一个轻微的改善PCE值P10-based PSC比P9-based PSC (gydF4y2Ba图8gydF4y2Ba)。这是因为JgydF4y2Ba_SCgydF4y2Ba价值P10-based混合口服脊髓灰质炎疫苗高于P9-based口服脊髓灰质炎疫苗。J的改善gydF4y2Ba_SCgydF4y2Ba价值没有抑制VgydF4y2Ba_ocgydF4y2Ba价值,导致小增加PCE值P10-based PSC的票数PSC。此外,相对红移开始吸收和狭窄的带隙已获得P10相比P9 [gydF4y2Ba54gydF4y2Ba]。此外,通过引用PCE值(1.44%)获得的PCDODTBT-based PSC,票数和P10-based PSC光伏效率取得了一个巨大的飞跃。这可以得出结论,π-bridge接合从噻吩< 2 t < TT的D (Cz)——(BT)共聚物。gydF4y2Ba

此外,有报导共轭聚合物,与dodecyloxy-chains侯benzothiadiazole单位而不是octyloxy侧链。赛的PCE值最高,即。,3.4%, which is achieved by the P11-based PSC device with blend ratio of 1:4 for P11: PC_{71年gydF4y2Ba}BM和处理溶剂CB /戴奥(20:1 v / v) (gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

手,一群研究人员调查了共聚物和三个不同的捐助者(例如,gydF4y2Ba芴gydF4y2Ba、咔唑dibenzosilole)直接联系到没有任何π-bridges BT受体。不过,所有这三个共聚的光伏效率已经极低,PCE值仅仅超过0.2% (gydF4y2Ba55gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

LadderizationgydF4y2Ba

电子捐赠indolocarbazole单位时形成两个咔唑单元通过共享一个苯环融合在一起。这个大刚性共面indolocarbazole环提高了分子间π-π叠加,在PSC(增强型电荷迁移gydF4y2Ba53gydF4y2Ba,gydF4y2Ba56gydF4y2Ba,gydF4y2Ba57gydF4y2Ba]。indolocarbazole可以聚合通过3 9-linkage或2,8-linkage,前者具有更广泛的沿着聚合物共轭骨干比后者联系(gydF4y2Ba58gydF4y2Ba,gydF4y2Ba59gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

此外,有几个报纸报道,indolo [3、2 b]咔唑及其衍生物(gydF4y2Ba图9gydF4y2Ba运输单位)是优秀的洞,可以应用于制造高迁移率有机薄膜晶体管(OTFT) [gydF4y2Ba59gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba61年gydF4y2Ba]。例如,IC1的空穴迁移率和IC2 OTFT 10gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba厘米gydF4y2Ba^2gydF4y2BaVgydF4y2Ba^1gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba和0.12厘米gydF4y2Ba^2gydF4y2BaVgydF4y2Ba^1gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba分别为(gydF4y2Ba62年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba63年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

发现BT展品IC捐赠者相似的空间结构,提高光谱灵敏度范围,光敏性,光电导性(gydF4y2Ba64年gydF4y2Ba]。因此,本节主要集中在共聚物以集成电路为供体和2 1,3-benzothiadiazole (BT)作为电子受体单元。gydF4y2Ba

陆等人打算合成一个窄带目瞪口呆的PSC合并高机动性indolocarbazole电荷流动。他们已经成功地制造有利的共聚物。,在gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,通过整合与benzothiadiazole indolocarbazole oligothiophenes。基于光谱的吸收峰出现gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,可以得出的结论是,分子内电荷转移(ICT)和π-π转换在场gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,这表明能量已经有效地从indolocarbazole单位转移到电子接受半个。除此之外,HOMO能级较低gydF4y2Ba1gydF4y2Bac.a。-5.17 eV,导致V有利gydF4y2Ba_ocgydF4y2Ba价值和高空气稳定。PCE值通过gydF4y2Ba1gydF4y2Ba:电脑gydF4y2Ba_{61年gydF4y2Ba}BM (1:2 w / w) s PSC是3.6% (gydF4y2Ba57gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

2009年,蔡等人报道几个indolocarbazole基础聚合物,其中一个是In2, indolocarbazole单位直接与benzothiadiazole单位通过2、8链接没有任何噻吩π-bridges。不幸的是,PCE值获得In2:电脑gydF4y2Ba_{61年gydF4y2Ba}BM (1:4 w / w)混合膜相对较低,即。,只有0.49%。这是因为In2相对更高的HOMO能级与其它共聚物相比,占低VgydF4y2Ba_ocgydF4y2Ba值,最后导致低PCE值(gydF4y2Ba59gydF4y2Ba]。根据Blouin对养et al .,比范围的HOMO和LUMO能级的理想共聚物PSC是-5.2到-5.8 eV和-3.7到-4.0 eV (gydF4y2Ba17gydF4y2Ba),分别的HOMO和LUMO值In2完全out-landed这些范围。gydF4y2Ba

的亲水的半个In3 D-π-A-π-A-π形式的安排,这将进一步阐述了在以后的部分。的光伏特性In3:电脑gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}BM 1:1和1:2 (w / w)混合的电影进行了研究,结果表明,1:2混合膜(2.21%)拥有PCE值比1:1混合膜(1.45%)。除此之外,SEM照片表明,表面形态改善的比例In3:电脑gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}BM混合电影增加了从1:1、1:2,也导致更高的JgydF4y2Ba_SCgydF4y2Ba1:2混合PSC的价值。的详细信息列表gydF4y2Ba表3gydF4y2Ba基于1:2 w / w In3:电脑吗gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}BM PSC (gydF4y2Ba65年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

表3:gydF4y2Ba实验和表征数据的摘要indolocarbazole-based PSC。gydF4y2Ba

两个随机的共聚物,ICBT4和ICBT5 (gydF4y2Ba图10gydF4y2Ba)是由不同比例的供体和受体通过半个Stille交叉耦合反应。1:1的w / w共聚物:电脑gydF4y2Ba_{61年gydF4y2Ba}BM, ICBT5(0.90%)达到了PCE值远高于ICBT4(0.82%)、低ICBT5拥有HOMO能级和较高含量的捐赠单位共聚比ICBT4骨干。的PCE值ICBT5:电脑gydF4y2Ba_{61年gydF4y2Ba}BM经历了轻微的重量比增加时扣除(0.88%)从1:1到1:3。然而,当PC PCE值达到1.63%gydF4y2Ba_{61年gydF4y2Ba}BM被电脑所取代gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}BM和1/1比例仍为1:1gydF4y2Ba66年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

有趣的是,thiadiazole-fused indolocarbazole (TIC)单体成功合成了巴拉吉等人,紧随其后的是一个3 9-linked抽搐聚合物(gydF4y2Ba图11gydF4y2Ba)从单体获得通过gydF4y2BaelectropolymerizationgydF4y2Ba。抽搐聚合物的光学带隙的结果(2.4 eV)低于其单体(2.8 eV)由于LUMO能级从-2.59 eV抽搐单体减少到-3.14 eV electropolymerization然而只有HOMO能级(也就是轻微的改变。,5.34±5 eV)gydF4y2Ba67年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

此外,间位时(即。,2- - - - - -一个nd10- - - - - -positions) of N-2-ethylhexyl TIC monomer was substituted with either halide (e.g. -Cl) or hydroxyl groups, the UV-vis spectra of both TIC derivatives are typical of planar conjugated systems, except the peaks which represent the meta-substitutes [68年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba69年gydF4y2Ba]。除此之外,基于氧化和还原发作的值,估计HOMO和LUMO能级是-5.49 eV和-3.05 eV,分别为抽搐衍生品。特别,获得人类价值约定烷基化的计算值由巴拉等人抽搐单体(gydF4y2Ba67年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba69年gydF4y2Ba]。几年后,一篇研究论文对抽搐共聚alkylated-dithienosilole发表。根据研究,HOMO能级增加到c.a。-5.03 eV和LUMO能级只经历了轻微的增加,c.a。-2.98 eV。这已成功减少了电化学的带隙TIC-based聚合物(gydF4y2Ba70年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

此外,公园等人已经成功地合成了TIC-based共聚物,合并与BT oligothiophenesπ-bridges。实验结果表明,通过T-ICBT PCE值:电脑gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}BM (1:2 w / w)混合PSC是1.47%。然而,1:2的PCE T-ICBT-based PSC可以进一步飙升至2.62%通过引入1海里生活薄膜作为电子传输层(gydF4y2Ba71年gydF4y2Ba]。这个简易的生活夹层可以稳定VgydF4y2Ba_ocgydF4y2Ba,增强JgydF4y2Ba_SCgydF4y2Ba和FF BHJ太阳能电池,最后提高了PCE值(gydF4y2Ba72年gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba74年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

替换的硒gydF4y2Ba

在过去的几年里,一些研究者试图取代benzothiadiazole和噻吩PCDTBT和PCDODTBT(中gydF4y2Ba图8gydF4y2Ba分别与benzoselenadiazole selenophene,)。这是因为研究人员打算收获太阳能光谱的低能量光子。为了实现这一目标,共轭聚合物能带隙较低。gydF4y2Ba

最近,某些重原子是用于调整带隙的共轭聚合物。硒或gydF4y2Ba碲gydF4y2Ba候选人取代硫原子在杂环聚合物(gydF4y2Ba图12gydF4y2Ba)。然而,硒具有相似的化学性质和电负性和硫比碲(gydF4y2Ba75年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba76年gydF4y2Ba]。除此之外,selenophene芳香性低于噻吩,导致高度的醌型合成共聚物的共振特性。这种效应导致平面性的增强,有效共轭长度的增加,其次是降低隙(gydF4y2Ba77年gydF4y2Ba]。此外,benzoselenadiazole确定有能力扩大吸收光谱向红外区,因此低带隙的共轭聚合物(gydF4y2Ba75年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba78年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

首先,赵等人混合Se1共聚物与电脑gydF4y2Ba_{61年gydF4y2Ba}BM,发现PCE值增加的w / w比Se1:电脑gydF4y2Ba_{61年gydF4y2Ba}从1:1 BM 1:4。,0.39%到1.46%。此外,PCE进一步增加到2.58%时,电脑gydF4y2Ba_{61年gydF4y2Ba}BM取而代之的是电脑gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}BM受体(gydF4y2Ba75年gydF4y2Ba]。口服脊髓灰质炎疫苗的设备基于Se2 Se4,合成了Alghamdi et al .,捏造了混合共聚物(Se2或Se5)和电脑gydF4y2Ba_{70年gydF4y2Ba}BM在1:2,1:3,1:4 w / w比率。最好的光伏性能Se2和Se4-based口服脊髓灰质炎疫苗是来自1:3和1:4混合,分别。与此同时,Se2和Se4-based活性层的厚度是60 nm和溶剂用于电影铸造CHCl3, CB,分别为(gydF4y2Ba79年gydF4y2Ba]。在此之前,金等人有退火Se2薄膜,获得最好的空穴迁移率是1.0×10gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba厘米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba/ Vs,热退火后的薄膜合成在150°C。此外,光伏设备以1:4 w / w热退火Se2:电脑gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}BM混合展品PCE值高于nonannealed Se2口服脊髓灰质炎疫苗,即。,分别为4.12%和2.76%gydF4y2Ba80年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

接下来,最高的PCE值通过PSC设备当Se3和Se5混合了电脑gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}BM 1:2, 1:3 w / w比率相比与其他混合比例。发现热处理Se3和Se5共聚物在150°C。10分钟导致PCE值略微降低Se3口服脊髓灰质炎疫苗,同时改善了PCE Se5口服脊髓灰质炎疫苗(gydF4y2Ba81年gydF4y2Ba]。其他细节的列表gydF4y2Ba表4gydF4y2Ba。共轭聚合物的荧光量子产率成反比的硒原子数量呈现(gydF4y2Ba76年gydF4y2Ba]。这也可以用下面的比较,即。,Se5展出PCE值高于Se3 [gydF4y2Ba81年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

表4:gydF4y2Ba硒的表征数据代替共聚物(gydF4y2BaSe1-Se6、SeF1 SeF2gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

这些共聚物表现出两个主要的紫外可见光谱吸收带。长波长吸收带位于地区认证的分子内电荷转移(ICT)亲水单元之间的相互作用。手,更短的波长的吸收带地区归因于π-π*过渡的共轭聚合物链gydF4y2Ba75年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba80年gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba84年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

此外,Kutkan等人合成和研究特点的无规共聚物,Se6。即使这个发现的细节是不像其他人完成,但结果仍然表明,HOMO和LUMO能级的Se6相对比其他Se-substituted共聚物。除此之外,从gydF4y2Ba表3gydF4y2Ba,它可以清楚地注意到的光学带隙Se6-based共聚薄膜是> 2电动汽车,这是最高的共聚物(gydF4y2Ba85年gydF4y2Ba]。基于gydF4y2Ba表4gydF4y2Ba,它可以得出结论,PCDODTBT benzothiadiazole取代benzoselenadiazole展品最高PCE值比其他共聚物。gydF4y2Ba

当氟原子引入Se1受体单元,HOMO和LUMO能级降低,导致更高的VgydF4y2Ba_ocgydF4y2Ba对于SeF1 (0.78 eV), SeF2 (0.82 eV) (gydF4y2Ba图13gydF4y2Ba)比non-fluorinated Se1。SeF1和SeF2混合了电脑gydF4y2Ba_{61年gydF4y2Ba}BM在1:3 (w / w)。SeF2混合PSC拥有PCE值高于SeF1混合PSC,然而这两种共聚物混合PCE PSC拥有高于non-fluorinated Se1合成了这个研究小组,即。,0.73%。此外,氟化作用的受体能够精细半个光伏特性,能量水平,和电荷流动如果共聚物(gydF4y2Ba44gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

指定数字-模拟装置gydF4y2Ba

很多的努力和想法是投入的结构名称PCDTBT骨干。据周et al .,另一组受体单元的进一步延伸,A-π重复单元的共轭PCDTBT共聚物PSC的提高了效率。这是因为D-π-A-π-A-π结构,P12具有窄的能带,更高的摩尔吸光系数,和红移与其类似的紫外可见吸收光谱相比D-π-A-πPCDTBT对应安排。除此之外,P12的PSC显示更高的VgydF4y2Ba_ocgydF4y2BaJgydF4y2Ba_SCgydF4y2Ba,比PC-TBT-based PCE PSC, 0.99 V, 9.70 mA cm-2, 4.74%。除此之外,通过计算方法,发现添加A-π单元沿着PCDTBT缩小了能带的重复单元通过减少LUMO能级HOMO能级不会造成一个巨大的增量。此外,P20的电影形态进行了研究并与它类似PCDTBT通过透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM),周等。结果表明,P20:电脑gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}BM混合电影展览比PCDTBT流畅的形态。这个有利的特性的P20混合电影增加了D / A接口导致较高的空穴迁移率(gydF4y2Ba86年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

P12的合成之前,金等人已经合成P13,π-bridges被淘汰的整个共聚骨干。然而,获得的PCE是极其不利的。,0.42%, which indicates that the thiophene π-bridges play a vital role in the PV performance. Besides that, P14 with two thiophene units located adjacent to the carbazole donor moieties and no thiophene rings between the two benzothiadiazole units were synthesized and studied. The result shows that the P14 exhibit broad absorption band and the resulting PCE of the P14-based PSC are much higher than the P13 but yet lower than the P12 [87年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

P16共聚物,由咔唑三聚物具有PSC设备的效率低于咔唑二聚体的共聚物,P15。另一方面,P17 BT三聚物和一个咔唑作为最高的重复单元表现出更好的光伏性能比P15和P16 PCE值(1.25%)。然而,HXS-1 PCE值只有一个供体和受体的重复单元,如列表中gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba,大约是5倍P17 [gydF4y2Ba88年gydF4y2Ba]。此外,P18共聚物合成根据D-π-A-π-A-π安排,这比其它共聚物具有良好的热稳定性gydF4y2Ba表5gydF4y2Ba。此外,有机溶剂中具有良好的溶解性。在这项研究中,P18:电脑gydF4y2Ba_{71年gydF4y2Ba}BM (1:2 w / w)混合PSC的PCE值高于1:1混合w / w (gydF4y2Ba65年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

施等人已经成功地合成了三个新设计的共聚物,即。P19 P20, P21和(gydF4y2Ba图14gydF4y2Ba),不同比例的咔唑和BT共聚骨干。当共聚物混合了电脑gydF4y2Ba_{61年gydF4y2Ba}BM在1:2 w / w,共聚物P21 PSC达到最高PCE值比其他两个共聚PSC (1.18%)。1:2的PCE值w / w P19:电脑gydF4y2Ba_{61年gydF4y2Ba}BM混合PSC(0.62%)提高比率是1:1时w / w(1.09),然而P12仍然最高的四氯乙烯(gydF4y2Ba89年gydF4y2Ba]。当这个P19-P21研究与研究P15-P17相比,它可以得出结论,增加捐赠单位并不能提高光伏性能,但增加的受体半个共聚支柱可以提高PCE值(gydF4y2Ba88年gydF4y2Ba,gydF4y2Ba89年gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

总而言之,著名的光伏性能PCDTBT可以进一步提高通过各种修改。氟化的咔唑捐赠单位成功地缩小了光学带隙的HOMO能级。此外,π-bridges至关重要的数字-模拟体异质结太阳能电池,因为它们增强共聚的共轭骨干。Thienothiophene是一个更好的选择比噻吩和dithiopheneπ-bridges。总的来说,没有多少改善光伏效率的已经取代咔唑与更大的indolocarbazole单位。替换的硒π-bridges或benzothiadiazole受体能够降低带隙和扩展共聚物的吸收光谱。在各种新设计的数字-模拟安排,与D-π-A共聚物gydF4y2Ba_1gydF4y2Ba-π-AgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba结构安排拥有最好的PCE的结果。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

感谢马来西亚沙巴大学的设施。这个工作是金融支持基础研究资助计划下FRG0413-SG-1/2015格兰特。gydF4y2Ba

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