新型有机光伏材料的制备及其光伏性能.pdf

第４卷第４期材料研究与应用Ｖｏ１．４，Ｎｏ．４
２０１０年１２月ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＤｅｃ．２０１０

文章编号：１６７３－９９８１（２０１０）０４－０２６８－０５
新型有机光伏材料的制备及其光伏性能＊

刘平１，洪锐彬１，关丽１，２，梁禄生１，陈土华１，童真１，邓文基３

（１．华南理工大学材料科学研究所，广东广州５１０６４０；２．广东药学院药科学院，广东广州５１０００６；
３．华南理工大学物理系，广东广州５１０６４０）

摘要：为了研究和开发新型有机光伏材料以及提高有机光伏器件的光电转换效率，我们设计、合成了
新型齐聚噻吩衍生物：５－氰基－２，２′：５′，２″－三噻吩（３Ｔ－ＣＮ）、５，５″－二氰基－２，２′：５′，２″－三噻吩（３Ｔ－２ＣＮ）、
５－氰基－２，２′：５′，２″：５″，２″′－四噻吩（４Ｔ－ＣＮ）、５，５″′－二氰基－２，２′：５′，２″：５″，２″′－四噻吩（４Ｔ－２ＣＮ）、２，３，４，５－
四噻吩基噻吩（ＸＴ）和２，５－（５′－氰基）噻吩基－３，４－噻吩基－噻吩（ＸＴ－２ＣＮ）．以３Ｔ－ＣＮ、３Ｔ－２ＣＮ、４Ｔ－ＣＮ、
４Ｔ－２ＣＮ、ＸＴ和ＸＴ－２ＣＮ分别作为电子给体材料，３，４，９，１０－二萘嵌苯四甲酸二酐（ＰＴＣＤＡ）作为电子受
体材料，组装了ｐ－ｎ异质结有机光伏器件，器件结构为：ＩＴＯ／齐聚噻吩衍生物／ＰＴＣＤＡ／Ａｌ，对这些器件
的光伏性能进行了研究．研究发现，以３Ｔ－ＣＮ、３Ｔ－２ＣＮ、４Ｔ－ＣＮ、４Ｔ－２ＣＮ、ＸＴ和ＸＴ－２ＣＮ分别作为电子
给体材料的有机光伏器件的光电转换效率分别为：１．５１％，２．２４％，２．１０％，２．７４％，０．５８％和０．６５％．电
子给体材料中－ＣＮ基团的引入可以提高器件的光电转换效率．
关键词：齐聚噻吩衍生物；电子给体；光伏性能；—ＣＮ基团
中图分类号：ＴＱＯ６３１文献标识码：Ａ

煤和石油是不能再生资源，而且在地球上的储还达不到实用．因此，寻找新的有机光伏材料设计理
量是有限的，因此人类在将来必然会面临能源枯竭论，继而合成具有优异光伏性能的有机光伏材料，从
的危险，寻找替代煤和石油的新能源是人类面临的而提高有机光伏电池光电转换效率，是是目前研究
一个重要任务．目前，直接把太阳辐射转变为电能的有机光伏电池的主要内容之一．
光伏电池受到世界各国的特别关注，光伏电池对环本论文中，我们以发展新型有机光伏材料为目
境几乎没有污染，其应用符合人类可持续发展的战的，设计、合成了新型齐聚噻吩衍生物：５－氰基－２，２′：
［］
略目标．自从Ｔａｎｇ１于１９８６年首次报道具有１％光５′，２″－三噻吩（３Ｔ－ＣＮ）、５，５″－二氰基－２，２′：５′，２″－三
电转换效率的有机ｐ－ｎ异质结光伏电池以来，有机噻吩（３Ｔ－２ＣＮ）、５－氰基－２，２′：５′，２″：５″，２″′－四噻吩
ｐ－ｎ异质结光伏电池的研究得到了迅猛发展．研究者（４Ｔ－ＣＮ）、５，５″′－二氰基－２，２′：５′，２″：５″，２″′－四噻吩
利用各种有机色素和有机半导体对有机ｐ－ｎ异质结（４Ｔ－２ＣＮ）、２，３，４，５－四噻吩基噻吩（ＸＴ）和２，５－（５′－
［］
光伏电池开展了广泛研究２－３，且取得了很大进展．目氰基）噻吩基－３，４－噻吩基－噻吩（ＸＴ－２ＣＮ）（如图１
前，利用有机半导体和富勒烯体系的有机ｐ－ｎ异质结所示），研究了这些新型齐聚噻吩衍生物的光伏
光伏电池已达到了７．４％［４］的光电转换效率．性能．
尽管目前有机ｐ－ｎ异质结光伏电池已达到了
７．４％的光电转换效率，但与无机光伏电池相比，有１实验部分
机ｐ－ｎ异质结光伏电池的光电转换效率依然较低，

收稿日期：２０１０－１０－１６
＊基金项目：国家自然科学基金项目（２０７７４０３１，２１０７４０３９）；教育部博士点基金项目（２００９０１７２１１００１１）；广东省科技计划资助项目
（２００６Ａ１０７０２００３，２００９Ｂ０９０３０００２５，２０１０Ａ０９０１００００１）
作者简介：刘平（１９６２—），男，陕西西安人，教授，博士．
第４卷第４期刘平，等：新型有机光伏材料的制备及其光伏性能６２９

１．１原料与试剂（ＰＴＣＤＡ）均为Ａｌｄｒｉｃｈ公司产品，直接使用．２，２′：
５′，２″－三噻吩（３Ｔ），２，２′：５′，２″：５″，２″′－四噻吩（４Ｔ）
所用溶剂采用通常的方法纯化和干燥．２－溴噻
和２，３，４，５－四噻吩基噻吩（ＸＴ）为本实验室自行
吩，３，４－二溴噻吩和金属镁片为ＡｌｆａＡｅｓａｒ公司产
合成［５］．
品．镍催化剂，Ｎ－氯磺酰异氰酸酯和苝四甲酸二酐

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3T-CN3T-2CN4T-CN4T-2CN

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