含噻吩[2,3-b]并噻吩-吡咯[3,4-c]并吡咯二酮结构单元聚合物的合成及其在太阳能电池中的应用研究  

Synthesis of Thieno [2,3-b]thiophene-diketopyrrolopyrrole-based Polymers for Application in Bulk-heterojunction-type Solar Cells

作　　者：冯宇[1] 苏智兴[1] 孙丽[1] 刘绍刚[1,2] 刁开盛[1,2] 张卫民[1,2] 

机构地区：[1]广西民族大学化学化工学院 [2]广西林产化学与工程重点实验室,南宁530006

出　　处：《高分子学报》2014年第12期1613-1621,共9页Acta Polymerica Sinica

基　　金：国家自然科学基金(基金号21367004);广西高校人才小高地建设创新团队项目(项目号GJR201147-12)资助

摘　　要：设计并合成了一种交叉共轭的(cross-conjugated)缺电子型聚合物单体——二溴代噻吩[2,3-b]并噻吩-吡咯[3,4-c]并吡咯(DPPTTZ)二酮,并将其分别与噻吩(T)、硒吩(Se)和N-甲基吡咯(Py)的双锡试剂进行共聚反应,获得了一类新的供体-受体(D-A)型共轭聚合物光电材料.这类材料分子的最高占有轨道(HOMO)能级较低,因此其光电器件具有较高的开路电压(Voc),稳定性好.此外,它们在紫外-可见光区有较宽的吸收,最大吸收位于波长620 nm附近;能带隙(band gap)小,分别为1.86 e V(p DPPTTZ-T)、1.83 e V(p DPPTTZ-Se)和1.85 e V(p DPPTTZ-Py).器件初步测试结果表明,上述聚合物与PC71BM组成的本体异质结聚合物太阳能电池Voc在0.68~0.81 V之间,能量转化效率(PCE)最高达3.05%(p DPPTTZ-T).Thieno [2,3-b]thiophene-diketopyrrolopyrrole（DPPTTZ）,a novel cross-conjugated electrondeficient unit,has been synthesized.This unit was brominated and then copolymerized with 2,5-bis（trimethylstannyl） thiophene,2,5-bis（trimethylstannyl） selenophene and 2,5-bis（trimethyl-stannyl）-Nmethylpyrrole respectively,via Stille polymerzation,to form three donor-acceptor（D-A） type copolymers,poly{ 2,5-bis（2-octyldodecyl）-3-[5-（thiophen-2,5-yl） thieno[2,3-b]thiophen-2-yl]-6-（thieno[2,3-b]thiophen-2,5-yl） pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4（2H,5H）-dione}（p DPPTTZ-T）,poly{ 2,5-bis（2-octyldodecyl）-3-[5-（selenophen-2,5-yl） thieno[2,3-b]thiophen-2-yl]-6-（thieno[2,3-b]thiophen-2,5-yl） pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4（2H,5H）-dione}（p DPPTTZ-Se） and poly{ 2,5-bis（2-octyldodecyl）-3-[5-（N-methylpyrrole-2,5-yl） thieno[2,3-b]thiophen-2-yl]-6-（thieno[2,3-b]thiophen-2,5-yl） pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4（2H,5H）-dione}（p DPPTTZ-Py）.These polymers exhibit deep HOMO energy levels（-5.26 ^-5.37 e V）,leading to high open-circuit voltage（0.68 ~ 0.81 V） in OPV devices,and good stability of the devices towards atmospheric oxygen.The UV-Vis spectra show broad features with long-wavelength absorption maximum around620 nm and optical band gap of 1.86,1.83 and 1.85 e V for p DPPTTZ-T,p DPPTTZ-Se and p DPPTTZ-Py respectively,which give polymers a good overlap of solar spectrum.Bulk heterojunction solar cells were fabricated by blending these polymers with [6,6]-phenyl-C71-butiric acid methyl ester（PC71MB）,and the power conversion efficiency（PCE） reaches 3.05% for the as cast p DPPTTZ-T∶ PCBM-based device without optimization,under simulated AM 1.5 G irradiation of 100 m W / cm2.

关 键 词：交叉共轭聚合物 吡咯并吡咯 噻吩并噻吩 有机太阳能电池 聚合物半导体 

分 类 号：O633.5[理学—高分子化学] TM914.4[理学—化学]