超支化聚苯撐乙烯的製備及其與納米材料的雜化和套用

《超支化聚苯撐乙烯的製備及其與納米材料的雜化和套用》是依託華中師範大學，由李盛彪擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超支化聚苯撐乙烯的製備及其與納米材料的雜化和套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李盛彪
• 依託單位：華中師範大學

項目摘要

套用納米材料與共軛聚合物雜化，是提高器件光電轉換效率的關鍵技術之一。共軛聚合物大多為p型半導體，電子傳輸能力較差，套用無機納米材料雜化能夠產生螢光猝滅，並可提高電荷分離和傳輸的效率。但無機納米材料在聚合物中的連續分散成了急需解決的關鍵問題。利用超支化聚合物結構和功能的多樣性，特別是由於鹵原子（F、Br）的極性特性，可提高共軛聚合物與納米材料的形容性，並降低聚合物的能隙，便於吸收更寬波長的太陽光（近紅外區），同時在複合體系中引入共軛型表面活性劑更加有利於形成有機/無機雙連續相導電薄膜，預計可較大幅度提高電池器件的光電轉換效率。本項目旨在設計合成數個含氟超支化聚苯撐乙烯共軛聚合物（給體）和共軛型表面活性劑，通過其與無機納米材料（受體）雜化嘗試製備雙連續導電薄膜，並探索其在聚合物太陽能薄膜電池中的套用，為製備高效率聚合物太陽電池提供新的途徑，同時考察共軛聚合物的超支化結構對電池器件性能的影響。

結題摘要

有機太陽能電池中作為給體材料的聚合物在光電材料領域一直是研究的熱點。雖然有機高聚物材料具有很多的優勢，但又有明顯的不足，如效率低，壽命短等。聚苯撐乙烯類，聚噻吩類，聚芴類的衍生物各自具有優勢和缺陷，但三者都有許多性能較優的衍生物，可以通過多種結構修飾的方法，提高它們的性能如使它們溶解性好、易加工、發光效率高等。本課題組以聚苯撐乙烯為基本骨架，引入硝基、亞氨基、氟基等片段，調節能隙，使其具備高效的電荷轉移和電荷傳輸能力。並採用1H-NMR、GPC、UV、TG等測試手段對其進行表征，測試發光性能，使它們套用於光伏電池。最新研究表明，納米材料與共軛聚合物雜化，充分利用了兩種材料的優點,有機聚合物與無機納米粒子複合是當今光伏材料的新發展方向。為了便於對無機納米材料的修飾，我們選擇帶隙較寬的無機納米材料如ZnO、TiO2、SnO2、WO3納米材料，但是隨之而來的問題是有機聚合物與無機納米粒子相溶性差，其製備的活性層中常出現納米離子團聚以及相分離的現象，這樣制約了光電轉化效率的提高。解決兩相分離而又不降低其導電性的最好手段是使用共軛型表面活性劑。在共軛表面活性劑的僑聯作用下，共軛聚合物可與納米材料雜化組裝形成高密度異質結，形成沒有絕緣區的有機/無機雜化的光電功能薄膜，有利於激子的分離和電荷的傳輸，可較大幅度的提高電池器件光電轉化效率。我們設計了多種共軛性型表面活性劑，並對它們的光、熱及電化學性質進行了詳細的研究。本課題實驗室製作的結構簡單的雜化太陽能電池，其開路電壓為0.355 V短路電流為1.315 mA/cm2，填充因子為0.412，其光電轉化效率為0.20%，為後續的太陽能電池的研究提供了很好的方向。