可溶液加工的D-A-D型有机小分子的烷基链效应及光电性能

doi:10.3969/j.issn.0251-0790.2012.01.031

高等学校化学学报 ›› 2012, Vol. 33 ›› Issue (01): 182.doi: 10.3969/j.issn.0251-0790.2012.01.031

可溶液加工的D-A-D型有机小分子的烷基链效应及光电性能

黎强, 刘朝阳, 刘雷静, 李在房, 程卫东, 李慧, 李鹏飞, 厉子剑, 官昌建, 贾易龙, 田文晶

吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室, 长春 130012

收稿日期:2011-02-07 出版日期:2012-01-10 发布日期:2011-12-20
通讯作者: 田文晶,女,博士,教授,博士生导师,主要从事有机高分子材料的光电功能研究.E-mail:wjtian@jlu.edu.cn E-mail:wjtian@jlu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 50673035)、国家"九七三"计划项目(批准号: 2009CB623605)和吉林省科技项目(批准号: 5067303520080305)资助.

Alkyl Chain Effect and Photoelectric Properties of D-A-D Structural Solution Processable Organic Small Molecules

LI Qiang, LIU Zhao-Yang, LIU Lei-Jing, LI Zai-Fang, CHENG Wei-Dong, LI Hui, LI Peng-Fei, LI Zi-Jian, GUAN Chang-Jian, JIA Yi-Long, TIAN Wen-Jing

State Key Laboratory of Supramolecular Structure and Materials, Jilin University, Changchun 130012, China

Received:2011-02-07 Online:2012-01-10 Published:2011-12-20

摘要/Abstract

摘要： 设计合成了3种可溶液加工的基于噻吩给体和2-吡喃-4-亚基丙二氰(PM)受体的新型Donor-Acceptor-Donor(D-A-D)型有机小分子TPT-N, TPT-S和TPT-D. 研究了噻吩给体单元上烷基链的数目对分子的溶解性、光物理(吸收特性)、热稳定和光电性能的影响. 结果表明, 随着烷基链的增加, 分子的溶解性增加, 成膜性能提高; 分子在溶液中的吸收光谱发生红移, 薄膜的吸收谱带变窄, 分子的最高占有分子轨道(HOMO)能级提高. 以D-A-D型有机小分子为给体, 富勒烯C₆₀衍生物-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PCBM)为受体制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/D-A-D∶PCBM/LiF/Al的体异质结太阳能电池. 研究结果表明, 基于单烷基链的TPT-S的太阳能电池具有相对较高的能量转换效率. 说明在D-A-D型有机小分子太阳能电池材料中, 烷基链的数目是决定材料性能及器件性能的重要因素之一.

关键词: 给体-受体-给体(D-A-D), 有机小分子, 烷基链, 太阳能电池

Abstract: Three novel solution processable organic small molecules, TPT-N, TPT-S and TPT-D with a Donor-Acceptor-Donor(D-A-D) structure based on thiophene donor unit and 2-pyran-4-ylidenemalononitrile(PM) acceptor unit, were designed and synthesized. Effect of alkyl chain number on the solubility, photophysical properties(absorption characteristic), thermal stability and photoelectric properties of the molecules were investigated. The results indicate that with the alkyl chain increasing the solubility and film-forming pro-perties of the molecules increase, and the absorption spectra of the organic small molecules are red-shifted in solutions and the absorption bands in films become narrow. Moreover, the highest occupied molecular orbital(HOMO) energy levels also increase with the alkyl chain of the molecules increasing. Bulk heterojunction structural solar cells with a device structure of ITO/PEDOT∶PSS/D-A-D∶PCBM/LiF/Al based on the D-A-D organic small molecules as the donor,(6,6)-phenyl C₆₁-butyric acid methyl ester(PCBM) as the acceptor were fabricated. It is found that the device based on TPT-S which has a single alkyl chain on the thiophene unit has a relatively high power conversion efficiency(PCE). The research results confirm that the alkyl chain number is one of the most important effects that influence the properties of the materials and device perfor-mance as for D-A-D organic small molecular solar cell materials.

Key words: Donor-Acceptor-Donor(D-A-D), Organic small molecule, Alkyl chain, Solar cell

中图分类号:

O631

TrendMD:

黎强, 刘朝阳, 刘雷静, 李在房, 程卫东, 李慧, 李鹏飞, 厉子剑, 官昌建, 贾易龙, 田文晶. 可溶液加工的D-A-D型有机小分子的烷基链效应及光电性能. 高等学校化学学报, 2012, 33(01): 182.

LI Qiang, LIU Zhao-Yang, LIU Lei-Jing, LI Zai-Fang, CHENG Wei-Dong, LI Hui, LI Peng-Fei, LI Zi-Jian, GUAN Chang-Jian, JIA Yi-Long, TIAN Wen-Jing. Alkyl Chain Effect and Photoelectric Properties of D-A-D Structural Solution Processable Organic Small Molecules. Chem. J. Chinese Universities, 2012, 33(01): 182.

参考文献

[1] ZHANG Jian-Feng(张剑锋), ZHOU Hua-Xing(周华兴), YOU Wei(尤伟). J. Hefei University, Natural Sciences(合肥大学学报, 自然科学版)[J], 2009, 19(4): 1-7 [2] Dong B., Yao Q. H., Wang K. Z., Jin L. P., Huang C. H.. Chem. Res. Chinese Universites[J], 2002, 18(4): 469-470 [3] Xue J. G., Rand B. P., Uchida S. Forrest S. R.. Adv. Mater.[J], 2005, 17: 66-71 [4] Walker B., Tamayo A. B., Dang X. D., Zalar P., Seo P. H., Garcia A., Tantiwiwat M., Nguyen T. Q.. Adv. Funct. Mater.[J], 2009, 19: 3063-3069 [5] Li Z. F., Dong Q. F, Li Y. W., Xu B., Tian W. J.. J. Mater. Chem.[J], 2011, 21: 2159-2168 [6] Li Z. F., Pei J. N., Li Y. W., Xu B., Deng M., Liu Z. Y., Li H., Lu H. G., Li Q., Tian W. J.. J. Phys. Chem. C[J], 2010, 114: 18270-18278 [7] Zhang S. M., Fan H. J., Liu Y., Zhao G. J., Li Q. K., Li Y. F., Zhan X. W.. J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem.[J], 2009, 47: 2843-2852 [8] Li Z. F, Pei J. N.,Li Y. W., Xu B., Deng M., Liu Z. Y., Li H., Lu H. G., Li Q.. J. Phys. Chem. C[J], 2010, 114: 18270-18278 [9] Zhao G. J., Wu G. L., He C., Zhang J., He Q. G., Chen X. M., Li Y. F.. J. Phys.Chem. C[J], 2009, 113: 2636-2642 [10] Li Y. W., Xue L. L., Li H., Li Z. F., Xu B., Wen S. P., Tian W. J.. Macromolecules[J], 2009, 42: 4491- 4499 [11] Pommerehne J., Vestweber H., Guss W., Mahrt R. F., Bässler H., Porsch M., Daub J.. Adv. Mater.[J], 1995, 7: 551-554 [12] Leclerc N., Michaud A., Sirois K., Morin J. F., Leclerc M.. Adv. Funct. Mater.[J], 2006, 16: 1694- 1704 [13] Thompson B. C., Kim Y. G., McCarley T. D., Reynolds J. R.. J. Am. Chem. Soc.[J], 2006, 128: 12714- 12725 [14] Scharber M. C., Mühlbacher D., Koppe M., Denk P., Waldauf C., Heeger A. J., Brabec C. J.. Adv. Mater.[J], 2006, 18: 789-794 [15] Wen S. P., Pei J. N., Zhou Y. H., Li P. F., Xue L. L., Li Y. W., Xu B., Tian W. J.. Macromolecules[J], 2009, 42: 4877-4984

可溶液加工的D-A-D型有机小分子的烷基链效应及光电性能

Alkyl Chain Effect and Photoelectric Properties of D-A-D Structural Solution Processable Organic Small Molecules

PDF (PC)

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	苏英立, 任海生, 李象远. 非平衡溶剂化新理论在有机染料电子光谱中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(7): 2254.
[2]	岳胜利, 武光宝, 李星, 李康, 黄高胜, 唐翌, 周惠琼. 准二维钙钛矿太阳能电池的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 1648.
[3]	林生晃, 傅年庆, 鲍桥梁. 单元素二维材料及其衍生物作为电荷传输层在太阳能电池中应用的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(2): 412.
[4]	刘璇, 刘昊雨, 李一枫, 赵皎宏, 杨睿. 有机小分子对聚丙烯光氧老化的传染作用[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(12): 2838.
[5]	邵伟, LEE Jiyoung, 李方园, 凌代舜. 有机小分子纳米粒子的光学诊疗应用[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(11): 2356.
[6]	姜叶芳, 董茹, 蔡雪刁, 冯江山, 刘治科, 刘生忠. 两亲性季铵盐对钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的影响[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(8): 1697.
[7]	齐娟娟, 董超, Getinet Y. Ashebir, 陈俊伟, 万智阳, 陈王伟, 赵秋原, 王命泰. 热退火气氛对溶液法制备的Sb₂S₃薄膜组成、结构及光伏性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(2): 342.
[8]	李洪爱, 宋春鹏, 曲轶, 张吉东. 不良溶剂诱导全聚合物太阳能电池活性层的表面功函变化[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(2): 263.
[9]	任思遥, 周雪琴, 刘东志, 蒋克键, 李巍, 王丽昌, 汪天洋. 敏化染料分子长径比对太阳能电池性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2016, 37(9): 1669.
[10]	顾冬梅, 张建钊, 张吉, 李海斌, 耿允, 苏忠民. π桥中不同吸电子基团对三苯胺-氰基丙烯酸类染料敏化太阳能电池性能影响的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(7): 1344.
[11]	徐永红, 霍丹群, 法焕宝, 杨眉, 侯长军. 纳米金-卟啉复合传感阵列快速识别肺癌患者呼气中的有机小分子[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(2): 241.
[12]	孙书恒, 吴英, 周威龙, 陈友春, 李枫红. 以碱金属盐为阴极界面层的有机光电器件的制备及性能[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(2): 349.
[13]	郝莉, 魏巍, 王建, 张红星. 染料敏化太阳能电池中Eosin Y在TiO₂(101)表面的吸附构型及其对电子注入过程影响的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(11): 2220.
[14]	吴水星, 张建钊, 苏欣, 张吉, 吴勇, 耿允, 苏忠民. 染料敏化太阳能电池中额外给体引入对经典D-π-A型敏化剂性能影响的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(10): 2002.
[15]	王耀琼, 冉秀芝, 高焕方, 李莉, 魏子栋. 电沉积-置换法制备Pt/Ti对电极及其对染料敏化太阳能电池性能的提升[J]. 高等学校化学学报, 2014, 35(9): 1988.