共轭聚合物作为有机光电池电子受体的特性研究
非富勒烯有机受体-共扼聚合物太阳能电池的研究
非富勒烯有机受体-共扼聚合物太阳能电池的研究非富勒烯有机受体/共扼聚合物太阳能电池的研究近年来，太阳能电池作为一种可再生清洁能源的利用方式，备受研究者的关注。
在太阳能电池中，有机聚合物作为可拓展、低成本的替代材料，逐渐取代了传统的无机材料。
而在有机聚合物中，非富勒烯有机受体/共扼聚合物体系因其优异的光电转换性能而备受瞩目。
非富勒烯有机受体/共扼聚合物体系以其高效的电荷传输、宽带隙以及可调制的分子结构等特点，被广泛应用于太阳能电池的研究中。
与传统的有机受体（如富勒烯）相比，非富勒烯有机受体的分子结构更加灵活多样，这使得其在吸光特性和电荷传输过程中具有更高的调控性。
同时，非富勒烯体系具有更大的共轭度、更低的带隙能量以及更好的光电转换效率，因此在太阳能电池中展示出了更好的性能。
与非富勒烯有机受体相结合的共扼聚合物是另一个关键因素。
共扼聚合物作为电子传输材料，能够提供更多的电子传输通道，从而有效提高太阳能电池的光电转换效率。
此外，共扼聚合物的添加还可以调控太阳能电池的膜形态，在形成连续的电荷传输通道的同时提高了载流子的迁移率。
在非富勒烯有机受体/共扼聚合物太阳能电池的研究中，除了合适的材料选择外，界面性质的优化也是提高效率的关键。
界面性质的优化可以通过调控过程和材料结构的方式来实现。
例如，通过合理的溶剂选择和处理方法，可以在材料之间形成紧密的接触，提高电子传输效率。
此外，界面材料的引入还可以增加电子传输通道的数量，优化载流子的迁移。
在材料的合成和器件工艺的改进上，目前还有一些挑战与瓶颈需要克服。
例如，非富勒烯有机受体的合成方法复杂，制备成本较高，还需要进一步降低材料成本。
此外，器件的稳定性和尺寸的可扩展性也需要进一步改进。
总结起来，非富勒烯有机受体/共扼聚合物太阳能电池的研究展示出了潜在的高效能源转换性能。
在材料的选择、界面性质的优化以及合成工艺的改进等方面，还存在着一些挑战和需求进一步解决。
通过持续的研究和不断的改进，相信非富勒烯有机受体/共扼聚合物太阳能电池将在未来成为一种重要的可再生能源转换技术综上所述，非富勒烯有机受体/共扼聚合物太阳能电池具有潜力成为一种高效的可再生能源转换技术。
新型多环thienoacene基共轭聚合物太阳能电池研究进展
ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｊ ｕ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｐ ｏ ｌ ｙ ｍ ｅ ｒ ｓ ａ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｄ ｏ ｎ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ Ｐ Ｃ Ｂ Ｍ ａ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ａ ｃ ｃ ｅ ｐ ｔ ｏ ｒ ｗ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｍ ｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ， ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ａ ｂ ｉ ｒ ｅ ｆ ｅ ｘ —
的电子受体单元构建 的电子给体 一 受体 型窄带隙共轭聚合 物 ，具 有 良好 的 叮 ｒ 一百堆 积性能 和高 电荷迁移 率 ，是 当前高效 聚合 物太 阳能 电池的研究热点 。本文概述 了几类 ｔ ｈ ｉ ｅ ｎ ｏ ａ ｃ ｅ ｎ ｅ基共轭聚合物作 为电子给体 与电子受 体 Ｐ Ｃ Ｂ Ｍ 下的光伏器 件 的研 究进展 及取得
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｊ ｕ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｍｅ ｒ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ
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第４ １ 卷 第 ６期 ２ ０ １
Ｖｏ １ ． ４１ Ｎｏ ． ６ Ｍａ ｒ ｃ ｈ ． ２０１ ３
Ｇｕ ａ ｎｇ ｚ ｈｏ ｕ Ｃｈｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
新 型 多环 ｔ ｈ ｉ ｅ ｎ ｏ ａ ｃ ｅ ｎ ｅ 基 共轭聚 合 物太 阳能 电池研 究进 展 木
的成 就 ，同时对其存在问题与拟解决途径做 了简要阐述 。
关键 词 ：共轭聚合物；太阳能电池 ；多环 ｔ ｈ ｉ ｅ ｎ ｏ ａ ｃ ｅ ｎ ｅ
中图分 类号 ：Ｏ ６ ３ １
CdSe纳米晶／共轭聚合物太阳电池的制备与性能研究
中图分类号
能源紧缺是 目前世界范围内普遍存 在的问题．太阳能作为一种取之不尽 、 用之不竭 的清洁能源 ， 是 未来最 有希 望 的能 源之一 … ．目前 探索 利用 太 阳能方 面 的研 究 非 常活跃 ．聚 合 物太 阳电池 由于 其分 子设计灵活 ， 制作方法简单 ， 生产成本低廉 ， 能够制备大面积的柔性器件 ， 因而具有重要的意义 ４ ． Ｊ 共轭聚合物／ ∞ ｃ 衍生物共混体系是迄今为止研究最多、 性能最好的聚合物太阳电池体系 ， 其能量转换 效率已经达到 ５ ， ％ 但距离实际应用还有一定的距离 ． ］ 导致聚合物太 阳电池光 电转换 效率偏低的原 因主要有 ： １ （ ）材料的载流子迁移率 比较低，目前 已报道 的共轭聚合物 的空穴迁移率 （ ） １ ～～ 为 ０ １ 。ｃ （ ｓ ， ０ ｍ ／ Ｖ・ ） 电子迁移率（ ） ｌ 一一 ０ ９ ｍ ／ Ｖ・ ） ， 为 ０ １ －ｃ （ ｓ ｊ 电子与空穴在传输过程中容易发生 复合 ； ２ 共轭聚合物的吸收光谱与太阳光谱不匹配 ， （） 对太 阳光 的利用率偏低 ． 无机半导体纳米晶 作为 受体材 料 在聚 合物太 阳电池 中的应 用 在 近 年来 已引 起 了广 泛 的关 注 ．目前 ， ｄｅ ， ｎ １ Ｃ Ｓ Ｚ Ｏ＿ 和 Ｇ Ａ ¨ 等纳米晶都已被应用于聚合物太 阳电池中． ａｓ¨
米晶能够有效地淬 灭共 轭 聚合 物 的荧 光．在 Ａ ． ＭＩ ５模 拟太 阳光 （ 光强 为 １０ ｍ ｃ 照射 下 ， ｓＣ Ｓ／ ０ Ｗ／ ｍ ） ｎ． ＆ｅ ＭＥ ．Ｐ Ｈ Ｐ Ｖ共混体 系太 阳电池器件性 能测试结 果为 ：短路 电流 为 １５ Ａ ｃ ． ６ｍ ／ ｍ ，开路 电压 为 ０ ７ ．５ Ｖ， 填充 因子 Ｆ Ｆ为 ３ ． ％ ，光 电转换 效率 田为 ０ ４ ％ ；对 于 １一＆ ｅＰ Ｈ ４５ ．０ １ Ｃ Ｓ／ ３ Ｔ共混体 系 ， ８ 其 为 １９ Ａ ｃ ． ３ｍ ／ ｍ ，
简述有机太阳能电池的原理
简述有机太阳能电池的原理有机太阳能电池是一种潜在的新型太阳能电池技术，其原理是利用有机分子材料的光电转换能力将光能转化为电能。
与传统的硅基太阳能电池相比，有机太阳能电池具有可塑性、可高效制备、生产成本低等优点，因此在可穿戴设备、柔性显示屏等领域有着广阔的应用前景。
下面将详细介绍有机太阳能电池的工作原理。
有机太阳能电池的工作原理可以分为三个基本步骤：光吸收、电子传输和电压输出。
首先是光吸收过程。
有机太阳能电池采用了一种叫做共轭聚合物的材料作为光吸收层。
共轭聚合物具有宽带隙和共轭结构，使其能够吸收光谱范围较宽的光线。
当光线照射到共轭聚合物材料上时，光子的能量将被吸收，激发共轭聚合物分子内部的电子从价带跃迁到导带，形成电子空穴对（电子和正空穴）。
接下来是电子传输过程。
在有机太阳能电池中，共轭聚合物材料通常与电子受体材料（如富勒烯）共混形成异质结构。
在异质结构中，电子和正空穴将分离，分别在共轭聚合物和电子受体之间传输。
这是因为在共轭聚合物颗粒中，存在着由芳香环构成的共轭体系，可以支持电子的输运，而电子受体材料具有较小的电离能和较低的共轭结构。
电子和正空穴通过共轭聚合物与电子受体之间的离子化的共轭结合物（CT态）传输。
最后是电压输出过程。
在有机太阳能电池中，导电层和电子受体材料之间形成了电荷分离的界面。
正空穴聚集在共轭聚合物材料中，而电子则转移到电子受体材料中。
这样形成的电势差可以驱动电子流经过外部电路，从而产生电流。
在外部电路中，电流可以进行功率输出或能量存储。
同时，电子和正空穴再次在导电层和电子受体之间形成CT态，并通过导电层和电子受体之间的界面再次分离，形成电压。
总的来说，有机太阳能电池的工作原理包括光吸收、电子传输和电压输出三个基本过程。
通过合理设计和优化有机分子的结构，可以提高有机太阳能电池的光电转换效率。
目前，虽然有机太阳能电池的效率还远低于硅基太阳能电池，但其潜在的低成本和可塑性使其成为发展方向之一。
d-a型共轭聚合物光催化材料的分子水平调控策略
d-a型共轭聚合物光催化材料的分子水平调控策略随着环境污染和能源危机的日益加剧，人们对环境友好材料和新能源的需求也与日俱增。
在这样的背景下，光催化材料逐渐受到人们的关注。
d-a型共轭聚合物作为一种重要的光催化材料，其分子结构的设计与调控对其光催化性能具有重要影响。
本文将从分子水平出发，探讨d-a型共轭聚合物光催化材料的分子水平调控策略。
一、d-a型共轭聚合物的光催化机理1. d-a型共轭聚合物的结构特点d-a型共轭聚合物是由给体单元（donor）和受体单元（acceptor）交替排列构成的共轭聚合物。
给体单元通常是含有丰富电子的芳香烃类结构，而受体单元则是结构较小、电子亲和性较强的单元。
这种结构特点使得d-a型共轭聚合物在光照条件下，能够吸收光能并产生激子，最终转化为电子-空穴对，从而实现光催化反应。
2. 光催化机理在d-a型共轭聚合物的光催化反应中，光能的吸收激发了共轭系统中的电子，形成了激子。
随着激子的扩散和分离，电子和空穴会被转移到材料的界面上，并参与光催化反应。
其中，受体单元的电子会转移到给体单元，而空穴则会在受体单元中留下。
这些电子-空穴对参与了光解水、光还原CO2等重要光催化反应，从而实现了能源的转化和环境的净化。
二、分子水平调控策略1. 分子结构的设计在d-a型共轭聚合物的分子水平调控中，首先是要对其分子结构进行合理的设计。
通过在共轭链上引入不同的给体单元和受体单元，可以调控共轭体系的电子结构和能级，从而实现光电子的有效传递和分离。
还可以利用共轭聚合物的分子内旋打的方式，调控分子的构象，提高其在光催化反应中的效率。
2. 分子间相互作用的调控在分子水平调控中，分子间的相互作用也是至关重要的。
通过引入表面活性剂、溶剂共混等手段，可以有效调控d-a型共轭聚合物在溶液和固态中的聚集行为。
这种调控可以改变分子的取向和排列，从而优化其在光催化反应中的光吸收和载流子传输性能。
3. 材料后处理的调控除了在合成阶段对分子结构进行设计和调控，材料的后处理也是不可忽视的。
共轭聚合物的电子结构
共轭聚合物的电子结构共轭聚合物是一种具有特殊分子结构的高分子材料，它的电子结构对于其在光电器件领域的应用至关重要。
本文将深入探讨共轭聚合物的电子结构及其对材料性能的影响。
一、共轭聚合物的基本结构和特点共轭聚合物由多个共轭单元组成，这些共轭单元通过共价键连接在一起，形成一个延伸的π-π连续求。
这种共轭结构使得共轭聚合物具有宽带隙、低能隙和延长光电子激发寿命的特点。
共轭聚合物还表现出高载流子迁移率、易溶解性和可调控的光学和电学性质等优势。
二、共轭聚合物的分子轨道和能级结构共轭聚合物的电子结构可以通过分子轨道理论进行描述。
在共轭聚合物中，π电子的运动主要发生在共轭体系中，因此，π轨道起到关键作用。
共轭聚合物的π轨道被分为提供电子的HOMO（Highest Occupied Molecular Orbital）和接受电子的LUMO（Lowest Unoccupied Molecular Orbital）两个部分。
HOMO是共轭聚合物中能级最高的分子轨道，其电子一般由化学反应提供或通过光激发得到。
HOMO带负电的特性使其能够捕获外部电子，从而发生电荷转移。
LUMO是共轭聚合物中能级最低的分子轨道，其带正电的特性使其具有接受电子的能力。
共轭聚合物中的π-π*跃迁通常发生在HOMO和LUMO之间，这决定了材料的吸收和发射光谱。
三、共轭聚合物的能带结构和载流子特性共轭聚合物的能带结构与其电导性能密切相关。
在共轭聚合物中，共轭体系的分子轨道交叠形成分子能带，其中的电子能级被填充的能带被称为价带，而未被填充的能带则被称为导带。
能带之间的电子跳跃使得共轭聚合物能够导电。
共轭聚合物的载流子特性主要由其能带结构决定。
高分子材料的载流子迁移主要发生在能带的最高点和最低点，称为价带极大和导带极小。
载流子的迁移率（μ）是评价材料导电性能的一个重要指标，μ的大小与能带极大和能带极小之间的能量差密切相关。
四、共轭聚合物的光学性质共轭聚合物的光学性质是材料在光电子器件中应用的关键因素之一。
有机共轭聚合物概述
139科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 化学工业1 有机共轭聚合物的功能特性有机共轭聚合物作为一种新型的功能材料,人们已逐渐认识到其丰富的功能特性。
从小分子到高分子,其电磁光等特性越来越明显。
早在20世纪70年代初,Heeger,Macdiamid及Shirakawa等人发现通过对绝缘材料聚乙炔进行掺杂,其电导率急剧提高,可增加几个甚至十几个数量级。
某些聚合物的电导率接近甚至超过金属铜(铜的电导率为6 105 1Ωcm )。
还有些聚合物材料如(SN)x在极低的温度(Tc=0.15K)下具有超导电性。
有特殊结构的有机半导体可能具有磁性,如高分子－金属配合物、分子内含氮氧稳定自由基团结构的有机化合物、平面大π键结构的有机物以及电子转移复合物等。
有机发光二极管(OLEDs)是有机分子材料的一个重要应用,目前以小分子合成的发光器件已经实用化,高分子有机发光二极管也达到实用标准。
总之,有机共轭聚合物由于其丰富的电、磁、光等功能特性,现已在有机发光、有机场效应管、塑料电子学、有机铁磁体和分子电子学等多个领域得到了广泛的应用和研究。
有机共轭聚合物是软凝聚态物质的典型代表,也是理解有机体、生物物质的基础。
有机半导体(O S E s )由于它的特殊性(“软”性),可和磁性层形成一个良好的接触,且由于其弱的自旋－轨道耦合和超精细相互作用,相应的自旋扩散长度比较长,因而是实现自旋极化输运理想的候选材料。
目前有机共轭聚合物在自旋电子学中的研究也已逐步展开。
2 有机共轭聚合物中的元激发有机材料与通常的无机半导体材料相比有本质的不同。
有机材料由于强的电子－晶格相互作用,有结构上的“软”性,任何电荷密度的改变都可能导致系统结构的再构。
它的载流子不是通常意义上的电子或空穴,也不是以扩展态的形式存在,而是形成所谓的“自陷态”或“局域元激发”,如孤子,极化子或双极化子。
共轭聚合物复合材料的结构和性能
共轭聚合物复合材料的结构和性能一、共轭聚合物的概念和特点1.1 共轭聚合物的概念共轭聚合物是一种由透明、高分子量的物质构成的高分子聚合物。
它的共轭结构决定了它在化学、物理和电学上的独特性质。
由于具有高导电性、光电性质，共轭聚合物广泛应用于电子器件、光电器件等领域。
1.2 共轭聚合物的特点共轭聚合物通常具有下列特点： * 具有π电子的共轭结构，有很强的电子云共振现象； * 拓扑构型复杂，通常呈现出无规则、扭曲的形状； * 具有分子内的有序结构； * 具有许多不饱和键。
二、共轭聚合物复合材料的特点2.1 复合材料的定义复合材料是将两种或两种以上的性质不同的材料，通过某种方法，使它们在微观和宏观上有机地结合在一起，形成新的具有优异性能的材料。
2.2 共轭聚合物复合材料的特点共轭聚合物与复合材料的结合，可以形成共轭聚合物复合材料。
共轭聚合物复合材料具有以下特点： * 具有优异的导电性； * 可以改善材料的强度和刚性； * 具有优异的耐热性，能够在高温下工作； * 具有优异的疲劳性能，不易变形和劣化。
三、共轭聚合物复合材料的制备3.1 制备方法制备共轭聚合物复合材料的方法很多，常见有： * 加热挤压法 * 溶胶-凝胶法 *溶剂挥发法 * 压载法 * 喷涂法3.2 制备过程以溶胶-凝胶法为例，其制备过程如下： 1. 制备聚合物溶液与纳米材料混合物；2. 在搅拌条件下，将混合物静置一段时间，形成溶胶；3. 将溶胶置于烤箱中，经过一定温度和时间的处理后，它会凝胶成形； 4. 经过处理后的凝胶进行电子显微镜观察，确定结构和成分是否稳定； 5. 最后，将凝胶样品切割成形，进行结构和性能的测试。
四、共轭聚合物复合材料的应用4.1 在电子领域的应用由于共轭聚合物复合材料具有优异的导电性和光学特性，因此已被广泛用于电子领域，如： * 有机薄膜太阳能电池； * 有机发光二极管； * 有机场效应晶体管。
4.2 在材料领域的应用共轭聚合物复合材料还可以应用于材料领域，如： * 智能高分子材料； * 能量储存器材料； * 生物材料。
共轭体系特点
共轭体系特点
共轭体系是有机化学中的一个重要概念，它是指分子中存在着一系列共轭的π电子系统。
共轭体系具有许多特点，如共轭体系的稳定性高、易于发生电子转移等。
下面我们将详细介绍共轭体系的特点。
一、稳定性高
共轭体系中的π电子能够形成共轭键，使分子中的电子分布更加均匀，从而使分子的稳定性增加。
此外，共轭体系中的π电子能够形成芳香性，芳香性是分子稳定性的重要因素之一。
因此，共轭体系具有较高的稳定性。
二、易于发生电子转移
共轭体系中的π电子能够轻易地从一个位置转移到另一个位置，因此共轭体系具有良好的电子传导性。
这种电子传导性使共轭体系在许多有机反应中扮演着重要的角色，如电子捐赠、电子受体等。
三、颜色鲜艳
共轭体系中的π电子能够吸收可见光，从而使分子呈现出鲜艳的颜色。
这是由于共轭体系中的π电子能够发生电子跃迁，吸收可见光的能量，从而使分子发生颜色变化。
四、光学活性
共轭体系中的π电子能够对圆偏振光进行旋光现象，因此共轭体系具有光学活性。
这种光学活性使共轭体系在药物化学、生物化学等领域中得到广泛应用。
五、易于形成共轭聚合物
共轭体系中的π电子能够形成共轭聚合物，从而增加分子的分子量和稳定性。
共轭聚合物具有良好的导电性、光学性能等特点，在电子器件、光电器件等领域中得到广泛应用。
综上所述，共轭体系具有稳定性高、易于发生电子转移、颜色鲜艳、光学活性、易于形成共轭聚合物等特点。
这些特点使共轭体系在有机化学、材料科学、生物化学等领域中得到广泛应用。
聚合物材料在光伏电池中的应用研究
聚合物材料在光伏电池中的应用研究随着能源危机和环境问题的日益突出，可再生能源逐渐成为人们关注的焦点。
太阳能光伏电池作为可再生能源的重要组成部分，具有广阔的应用前景。
然而，传统的硅基光伏电池存在成本高、重量大和制造过程复杂等问题。
为了克服这些限制，研究人员开始关注聚合物材料在光伏电池中的应用。
聚合物材料是由多个相同或不同的单体分子通过化学键连接而成的高分子化合物。
与传统的无机材料相比，聚合物材料具有许多优势，如轻量、柔性、可加工性强、低成本等。
这些优势使得聚合物材料成为光伏电池领域的热点研究对象。
在聚合物材料中，共轭聚合物是最常见的材料之一。
共轭聚合物通过共轭结构形成了扩展的π电子共轭体系，使得它们能够有效地吸收光能，并转化为电能。
此外，共轭聚合物还具有调节光电性能的能力，通过改变材料结构和化学修饰，可以调控吸收光谱范围和能带结构。
这种可调控性为光伏电池的效率提升提供了新的途径。
聚合物材料在光伏电池中的应用主要包括有机太阳能电池（organic solar cells，OSC）和染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cells，DSSCs）。
有机太阳能电池是利用有机半导体材料将光能转化为电能的一种光伏装置。
聚合物半导体材料作为这类太阳能电池的关键元件，负责光吸收、电荷传输和光电转换等功能。
聚合物材料的光电特性以及纳米结构的控制对有机太阳能电池的性能有着重要影响。
近年来，采用不同的共轭聚合物材料和非富勒烯电子受体，有机太阳能电池的转换效率不断刷新纪录，并逐渐接近商业化应用的水平。
然而，提高有机太阳能电池的长期稳定性和制造过程的可扩展性仍然是一个挑战。
染料敏化太阳能电池是利用染料吸收光子产生电荷，然后通过电解质传递电荷，最终转化为电能的光伏装置。
传统的染料敏化太阳能电池使用钛酸盐作为电子受体，但具有昂贵和稳定性差的缺点。
聚合物材料作为新型电子受体，具有低成本、可调控性强的优势，被广泛应用于染料敏化太阳能电池的研究中。
共轭聚合物和共轭低聚物
共轭聚合物和共轭低聚物共轭聚合物和共轭低聚物概述共轭聚合物和共轭低聚物都是聚合物的一种特殊类型，具有许多出色的电学和光学性质。
共轭聚合物和共轭低聚物的分子结构中，存在着共轭体系。
共轭体系是由相互交替排列的单键和双键构成的，使得电子在分子中可以自由运动，从而赋予聚合物独特的特性。
本文将介绍共轭聚合物和共轭低聚物的结构、性质和应用。
1. 共轭聚合物的结构共轭聚合物的分子结构通常由线性、分支或三维结构组成。
在共轭聚合物的分子链中，重复单元之间的单键和双键会形成共轭体系。
共轭体系的存在使得电子在分子中能够自由移动，形成类似于金属导电的性质。
此外，共轭聚合物的分子结构中通常还包含功能基团（如氟、甲基、酯基等），这些基团可以调控聚合物的性质，如溶解度、导电性等。
2. 共轭聚合物的性质共轭聚合物具有众多独特的性质，使得它们在许多领域中得到广泛应用。
2.1 电学性质：共轭聚合物具有良好的导电性能，甚至比传统的金属导体还要好。
它们表现出高达10^5 S/cm的电导率，其中包括有机导体、半导体和绝缘体三类。
这使得共轭聚合物成为制造柔性电子器件、有机太阳能电池和有机发光二极管等设备的理想材料。
2.2 光学性质：共轭聚合物对光的吸收和发射具有很好的性能。
它们通常能吸收可见光范围的波长，并在吸收光的基础上发出荧光或磷光。
这使得共轭聚合物在光电转换和发光领域具有广泛应用，如有机发光二极管和激光器。
2.3 热学性质：共轭聚合物通常具有良好的热稳定性和热导性。
它们能够在高温下保持结构稳定性，耐受较高的热膨胀系数和特定热扩散率。
这使得共轭聚合物在高温应用中具有潜力，如高温电声转换器和热电设备。
2.4 机械性能：共轭聚合物通常具有良好的机械性能，如高强度、低蠕变和低应力松弛。
这使得共轭聚合物在弹性材料、高强度纤维和弹性体中得到广泛应用。
3. 共轭低聚物的结构和性质共轭聚合物的分子可以通过不同方式组合形成共轭低聚物。
共轭低聚物通常是由少量的单体分子组成的，分子结构相对简单。
共轭聚电解质
共轭聚电解质共轭聚电解质（CP）是一种具有很高导电性能的功能性材料，主要应用于电化学能源储存和转换领域，如锂离子电池、燃料电池等。
它能够在溶液中形成电解质链，通过共轭结构的导电性能来增强电池的性能。
本文将对共轭聚电解质进行全面地介绍，以便读者更好地了解其原理和应用。
首先，我们将介绍共轭聚电解质的基本原理。
共轭聚电解质通常由两种主要成分组成：阳离子和阴离子。
阳离子通常是聚合物的主体，而阴离子则是由一些具有高离子迁移率的小分子组成。
这些阳离子和阴离子通过电池极间发生反应，并在其中运动来传递电荷。
共轭聚电解质中的共轭结构可以提供更好的电子传输路径，从而提高了电解质的导电性能。
接下来，我们将讨论共轭聚电解质在电化学能源存储中的应用。
共轭聚电解质的最主要的应用之一是用于锂离子电池。
锂离子电池是目前最被广泛应用的电池之一，其核心是电解质。
传统的电解质主要是有机溶液，但这种电解质容易泄漏和燃烧，导致电池的可靠性和安全性受到威胁。
而共轭聚电解质通过其高导电性能和稳定的化学结构，能够有效解决这些问题。
此外，共轭聚电解质还可应用于燃料电池等其他电化学能源转换装置中。
燃料电池是利用化学反应将化学能转化为电能的器件，而电解质是燃料电池中的关键组件。
共轭聚电解质由于其高离子传导性能和耐高温性能，被广泛应用于燃料电池的电解质层。
这提高了燃料电池的效率和稳定性，推动了燃料电池技术的发展。
最后，我们将探讨共轭聚电解质的未来发展趋势。
随着电化学能源存储和转换技术的不断发展，对共轭聚电解质的需求也将不断增加。
在未来，共轭聚电解质将更加注重材料的可持续性和环境友好性。
同时，基于共轭聚电解质的新型电解液、新型电池等技术也将得到广泛研究和应用。
综上所述，共轭聚电解质是一种具有很高导电性能的功能性材料，为电化学能源存储和转换领域带来了许多创新和突破。
它在锂离子电池和燃料电池等设备中的应用已经显示出很好的前景。
未来，共轭聚电解质的研究将更加注重材料的可持续性和环境友好性，为电化学能源存储和转换技术的进一步发展做出更多贡献。
共轭配位聚合物
共轭配位聚合物全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：共轭配位聚合物是一类具有特殊结构和性质的高分子化合物，它们在配位作用下形成的长链结构具有共轭特性，表现出良好的电子传输性能和光电性能。
共轭配位聚合物在有机光电领域具有广泛的应用前景，被认为是一种有潜力的新型材料。
共轭配位聚合物的结构特点主要体现在其分子链上的配体和过渡金属离子的配位结合上。
配位键的形成使得分子链上的电子轻易扩散，形成共轭链结构，因此这类聚合物通常表现出较高的载流子迁移率和较低的电子能隙。
一些共轭配位聚合物还具有自组装性质，能够在溶液中自组装形成有序结构，有利于提高材料的性能。
共轭配位聚合物的合成方法多样，包括金属有机化学合成、还原-聚合反应、跨偶合反应等。
金属有机化学方法是较为常用的方法，通过金属离子和有机配体之间的配位反应，可以直接合成出具有共轭结构的聚合物。
而还原-聚合反应则是将含还原活性基团的单体与金属离子进行还原反应，生成含有金属-有机键的聚合物。
跨偶合反应则是通过金属催化将两个不同的单体进行偶合反应，生成具有跨链结构的聚合物。
共轭配位聚合物在有机光电领域具有广泛的应用，主要体现在有机太阳能电池、有机场效应晶体管、有机光电器件等方面。
有机太阳能电池是目前研究较为深入的领域之一，共轭配位聚合物作为其光电活性层材料，可以有效提高光电转化效率，并且具有较高的可调性和柔韧性。
共轭配位聚合物还可以作为有机场效应晶体管的载流子传输层材料，提高器件的性能稳定性和传输速度。
在有机光电器件方面，共轭配位聚合物也表现出优异的性能。
通过调控共轭聚合物的结构，可以实现器件的光电子转换效率的提高，同时还可以减少材料的成本和加工难度。
共轭配位聚合物还表现出在高电场下的稳定性好、溶液加工性好等优点，为有机光电器件的商业化应用提供了良好的基础。
第二篇示例：共轭配位聚合物是一种特殊的聚合物，其分子中含有共轭结构的配位基团。
这种聚合物具有许多独特的性质和应用潜力，因此吸引了广泛的研究兴趣。
共轭聚合物半导体光催化材料的研制及构效关系研究
共轭聚合物半导体光催化材料的研制及构效关系研究一、引言半导体光催化材料作为一种具有巨大应用潜力的材料，在环境净化、水处理、能源转化等领域具有重要的应用价值。
共轭聚合物作为一类具有优异光催化性能的半导体材料，受到了广泛关注。
二、共轭聚合物半导体光催化材料的研制1.共轭聚合物的合成方法共轭聚合物的合成方法主要包括有机合成方法、自组装方法和生物合成方法。
2.共轭聚合物半导体的制备技术共轭聚合物半导体的制备技术包括溶液法、旋涂法、真空蒸发法、溅射法等。
3.光催化性能表征技术光催化性能的表征技术包括光电化学法、荧光光谱法、光致发光法等。
三、构效关系研究1.共轭聚合物的结构与光催化性能之间的关系共轭聚合物的结构对其光催化性能具有重要的影响，如共轭程度、材料的能带结构、电子传输性能等。
2.共轭聚合物半导体的表面修饰表面修饰能够有效地提高共轭聚合物的光催化性能，包括构建异质结、表面修饰、载体修饰等。
3.共轭聚合物半导体的载体材料不同的载体材料对共轭聚合物半导体的光催化性能有着显著的影响，如二维纳米材料、碳基材料等。
四、应用前景与挑战1.应用前景共轭聚合物半导体光催化材料在环境净化、水处理、能源转化等领域具有重要的应用前景。
2.技术挑战当前共轭聚合物半导体光催化材料还面临着光吸收效率低、电子传输效率低、稳定性差等技术挑战，需要进一步加强研究。
五、结论与展望共轭聚合物半导体光催化材料具有巨大的应用潜力，研究共轭聚合物的合成方法、制备技术以及构效关系对提高材料的光催化性能具有重要意义。
未来还需要加强在材料结构设计、表面修饰、载体材料选用等方面的研究，以进一步提高共轭聚合物半导体光催化材料的性能，推动其在环境和能源领域的广泛应用。
化学中的有机光电材料与器件
化学中的有机光电材料与器件有机光电材料和器件是近年来发展迅速的新型材料和器件。
随着科技的进步，有机光电材料和器件正越来越广泛地应用于电子、信息、光电等领域。
本文将从有机光电材料、有机光电器件的构成和性能、应用等方面阐述这一领域的发展现状和前景。
一、有机光电材料的类型和性质有机光电材料是指由有机分子组成的光电材料。
这些分子通常含有芳香环或共轭系统，具有良好的光学、电学性质以及化学稳定性等特性，且易于合成、加工和加工成器件。
一些典型的有机光电材料包括聚合物、小分子有机化合物、有机小分子/金属复合体等。
其中，聚合物是最具竞争力的有机光电材料之一，聚合物分子中存在共轭状态的结构，形成电子云的共享，导致其光电性能的提高。
而小分子有机化合物具有可熔、可溶、显色等特性，可用于有机电子器件的成膜和加工等。
有机小分子/金属复合体是由有机小分子和金属离子组成，在构造上存在对称性，具有良好的光学，电学性能和稳定性。
各种有机光电材料具有不同的光电性能。
聚合物材料具有良好的载流子输运性能和能量转移特性, 小分子材料具有极佳的光敏性、稳定性和直观性; 金属/有机复合材料则具有良好的荧光特性和光致发光等光学和电学响应. 与传统的半导体材料相比，有机光电材料的能带、带隙等特性可以通过分子设计、合成和加工等手段调控，从而得到更加灵活和多样化的电学和光学特性。
二、有机光电器件的构成和性能有机光电器件是利用有机光电材料制备的器件，包括有机太阳能电池、有机发光二极管、有机场效应晶体管、有机感光器件、有机激光器等。
这些器件性能的优化，直接关系到其在实际应用中的性能和稳定性。
有机太阳能电池是当前有机光电器件中应用最为广泛的一种器件。
有机太阳能电池的基本结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al，其中 P3HT 和 PCBM 是太阳能电池中的活性层。
P3HT 是有机半导体材料之一，是通过详细设计和合成的共轭聚合物，具有良好的电子输运性和高的光吸收能力，可以将太阳光转换为电能的形式。
新型共轭聚合物的设计与合成研究
新型共轭聚合物的设计与合成研究随着科技的不断进步和社会对可持续发展的需求，新型共轭聚合物的研究与合成日渐受到重视。
共轭聚合物具有理想的电子传输特性，可以广泛应用于有机光电子器件、太阳能电池等领域。
本文将探讨新型共轭聚合物的设计与合成研究。
共轭聚合物的设计与合成是一个复杂而精细的过程。
首先，设计者需要明确材料所需的特定属性和应用目标。
在这个基础上，他们可以通过合理选择单体结构和修饰基团来实现所需的功能。
例如，在太阳能电池领域，高能隙和高载流子迁移率是理想的特性。
因此，设计者可以通过调整共轭链的长度和宽度，以及引入不同的侧链基团来实现这些特性。
合成新型共轭聚合物的方法多种多样。
常见的方法包括化学合成、物理法合成等。
化学合成是最常见和常用的方法，它通常通过分步反应来合成目标共轭聚合物。
物理法合成则通过液晶相和溶液方法来实现。
无论是哪种方法，合成过程中都需要考虑反应条件的选择和控制，以获得高质量和高产率的产品。
在设计和合成新型共轭聚合物时，选择合适的单体结构和修饰基团至关重要。
单体结构直接决定了共轭聚合物的主链结构和共轭程度。
常见的单体结构包括噻吩、噻嘧、咔唑等。
修饰基团则可以通过引入不同的化学键和官能团来调控共轭聚合物的能带结构和光电性能。
例如，可以通过引入受体基团来改变共轭聚合物的吸收和发射波长，从而实现颜色调制。
此外，共轭聚合物的形状和结晶性也对其光电性能和器件性能产生重要影响。
传统的共轭聚合物常常以线形或延伸的形式存在，这种形态对其电子传输具有一定的限制。
近年来，一些研究者开始探索非传统形态的共轭聚合物，如环状、球形和纳米线形等。
这些非传统形态的共轭聚合物具有更好的溶解性和晶体性，从而提高了材料的处理能力和器件性能。
综上所述，新型共轭聚合物的设计与合成研究是一个复杂而精细的过程。
合理选择单体结构和修饰基团，控制反应条件，以及研究非传统形态，都是实现优质共轭聚合物的关键。
随着科学技术的不断进步，人们对共轭聚合物研究的需求也将不断增加。
共轭聚合物的电学性质
共轭聚合物的电学性质姓名:周宇班级：10级高分子材料与工程1班学号：201015014021摘要：共轭导电聚合物是一种极有应用前景的功能高分子材料，简单了解共轭导电聚合物的导电特性、应用以及共轭导电聚合物在制作二次电池、新型电子器件等方面具有独特的特性和优点。
关键词：共轭聚合物电学性质应用及发展前言导电高分子的研究和应用是近年来高分子科学最重要的成就之一。
1974年日本白川英树等偶然发现一种制备聚乙炔自支撑膜的方法，得到聚乙炔薄膜不仅力学性能优良，且有明亮金属光泽。
而后MacDiarmid、Hedger、白川英树等合作发现聚乙炔膜经过AsF5、I2等掺杂后电导率提高13个数量级，达到103S•cm-1，成为导电材料。
这一结果突破了传统的认为高分子材料只是良好绝缘体的认识，引起广泛关注。
由于共轭导电聚合物同时具有聚合物、无机半导体和金属导体的特性，因而具有巨大的潜在的商业应用价值。
在这里就聚合物的导电性及共轭聚合物材料的特性及其应用作一扼要介绍。
正文一．聚合物的电学性质高分子材料的电学性能是指在外加电场作用下材料所表现出来的介电性能、导电性能、电击穿性质以及与其他材料接触、摩擦时所引起的表面静电性质等。
（一）聚合物的介电性能聚合物在外电场作用下贮存和损耗电能的性质称介电性,这是由于聚合物分子在电场作tg表示.用下发生极化引起的，通常用介电系数ε和介电损耗1.介电损耗电介质在交变电场中极化时,会因极化方向的变化而损耗部分能量和发热,称介电损耗。
介电损耗产生的原因有两方面:一为电导损耗,是指电介质所含的微量导电载流子在电场作用下流动时，因克服电阻所消耗的电能;二为极化损耗,这是由于分子偶极子的取向极化造成的.对非极性聚合物而言,电导损耗可能是主要的.对极性聚合物的介电损耗而言,其主要部分为极化损耗.2聚合物介电性能影响因素（1）分子结构的影响在几种介质极化形式中，偶极子的取向极化偶极矩最大,影响最显著.因此,高分子材料的介电性能首先与材料的极性有关.（2）温度的影响对极性聚合物的取向极化而言, 温度升高一方面使材料粘度下降,有利于极性基团取向,另一方面又使分子布朗运动加剧,反而不利于取向.当温度低时,介质粘度高,偶极子取向程度低且取向速度极慢,因此ε'和ε''都很小.随着温度升高,介质粘度降低,偶极子取向能力增大（因而ε'增大）,但由于取向速度跟不上电场的变化，取向时消耗能量较多,所以ε''也增大.温度进一步升高,偶极子取向能完全跟得上电场变化,ε'增至最大,但同时取向消耗的能量减少,ε''又变小.温度很高时,偶极子布朗运动加剧,又会使取向程度下降,能量损耗增大.（3）电场频率的影响材料的动态力学性能相似，高分子材料的介电性能也随交变电场频率而变。
共轭有机聚合物电极;水系电池
共轭有机聚合物电极及其在水系电池中的应用一、引言随着能源危机和环境问题的日益突出，研究新型高效、可持续的能源存储和转换技术成为全球科学界的热点。
水系电池作为一种无污染、高安全性的能量存储设备，备受关注。
共轭有机聚合物电极作为水系电池中的重要组件，具备良好的导电性、可调控性和机械柔韧性，被广泛应用于能量存储领域。
二、共轭有机聚合物电极的基本原理共轭有机聚合物是一类由具有共轭结构的电子给体和电子受体单体通过共价键连接而成的高分子化合物。
其主要特点是具备良好的电子导电性和质子传导性，可有效地嵌入和释放离子，从而实现电荷的储存与释放。
共轭有机聚合物电极利用这些特性，实现了电化学反应的高效进行和电能的储存。
三、共轭有机聚合物电极的优势1. 高导电性：共轭有机聚合物具备良好的电子导电性，能够有效地传导电荷，提高电池的电导率和储能性能。
2. 可调控性：共轭有机聚合物的结构可以通过改变单体的种类和比例，以及控制聚合反应条件等手段进行调控，从而实现对电极性能的优化。
3. 机械柔韧性：共轭有机聚合物电极具备良好的柔性和可塑性，能够适应不同形状和尺寸的电池设计需求，提高电池的稳定性和可靠性。
四、共轭有机聚合物电极在水系电池中的应用1. 储能器件：共轭有机聚合物电极可以作为超级电容器和电化学电容器的储能材料，具备较高的能量密度和功率密度，能够满足高效能量存储和释放的需求。
2. 光电转换器件：共轭有机聚合物电极可以应用于光电转换器件中，如太阳能电池和光电催化电池等，通过吸收光能转化为电能或催化水分解产生氢气等。
3. 电解水产氢：共轭有机聚合物电极可以作为电解水产氢的电极材料，通过电化学反应将水分子分解为氢气和氧气，并储存产生的氢气用于能源供应。
五、共轭有机聚合物电极的发展趋势1. 材料设计：通过对共轭有机聚合物材料的结构设计和功能调控，实现电极性能的进一步提升，如提高导电性、增强离子传输等。
2. 新型制备方法：开发新型的共轭有机聚合物电极制备方法，提高电极材料的质量和稳定性，并降低制备成本。
TTF-BTD-PC70BM聚合物电荷转移理论研究
TTF-BTD-PC70BM聚合物电荷转移理论研究张美霞;赵宏;杨丽【摘要】共轭聚合物的制备及其物理与化学性质一向是被人们所关注的.近期,报道了一些TTF-BTD(苯并噻二吩)衍生物的首次合成和表征的研究,其结构除了光学和电化学表征之外,这种材料已经作为OFET(organic field-effect transistors有机场效应晶体管)中的半导体进行了研究.TTF(四硫富瓦烯)在这一领域引起了极大的关注,主要原因为它们通常可溶于普通有机溶剂中,另外它们也表现出较高OFET迁移率.BDT在共轭聚合物中是一个很受关注的结构单元.它除具有对称的平面共轭结构特性外,且紧密规律的堆积使之有较强的π-π堆积作用.在2007年报道出在苯并二噻吩基础上合成了聚合物,而且还发现它的空穴迁移率达到0.25 cm2V-1s-1,这在用于有机场效应晶体管的聚合物中是最高的,是非常有前景的光电材料.文章选用TTF-BTD(供体),PC70BM(受体)为研究对象进行研究.【期刊名称】《辽宁大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(045)003【总页数】7页(P225-231)【关键词】TTF-BDT-PC70BM;电荷转移;密度泛函方法(DFT)【作者】张美霞;赵宏;杨丽【作者单位】辽宁大学物理学院,辽宁沈阳110036;阜新计量研究院,阜新辽宁121300;辽宁大学物理学院,辽宁沈阳110036【正文语种】中文【中图分类】O643.120 引言近来对有机太阳能电池材料方面的研究越来越多.TTF及其衔生物由于拥有许多不一样的结构和一些性质，使它在一些分子开关、分子传感器、光信息存储和非线性光学等领城显示出广阔的使用前景[1-4].最近几年TTF及其衍生物在分子开关领域研究进展较多.基于分子探针对周围环境变化比较敏感导致开发活细胞中存在实际应用价值的生物学分子探针引起科研工作者的极大兴趣[3-4].带有苯胺类基团的荧光染料拥有分子体积相比而言较小,斯托克斯位移相比而言较大外加一定的双亲性等优良特性,使得它广泛运用到荧光pH探针领域[5-6].与此同时,因为它的迁移率较高，苯并噻二吩及其衔生物的合成与运用探究受到了人们的很大关注.本论文选取四硫富瓦烯-苯并噻二吩分子作为供体材料，PC70BM为受体材料，并且首要借助于量子力学，运用DFT(密度泛函的方法)，依托于高斯系列软件，比较完整地分析了光诱导电荷转移和能量转移机制.我们应用三维实空间的分析方法作出四硫富瓦烯-苯并噻二吩分子的电荷差异密度(CDD)的三维图更直观地了解电子转移.1 计算方法本文主要使用Gaussian 09软件进行计算[7].TTF-BDT-PC70BM基态平衡几何结构使用密度泛函理论(DFT)[8]以及6-31G(d,p)基组和pbe1pbe功能基团优化.运用含时密度泛函DFT(TD-DFT)[9]计算激发态，TTF-BDT-PC70BM的电子跃迁，以及最低激发态的几何结构优化.激发态的特殊属性主要包含分子的轨道跃迁能量、振子强度，此外还有组态相互作用因子，观察分析三维(3D)实空间分析法对激发态特殊属性进行进一步的研究.在理论计算过程中，我们研究了-15×10-5到0×10-5au这五个电场对相关激发态性质的影响.2 结果与讨论2.1 四硫富瓦烯-苯并噻二吩的基态性质分析将TTF-BDT和PC70BM分别优化，用MS进行结构调整，经过优化之后我们最终确定了其构型如图1.在此之后我们用了DFT/pbe1pbe/6-311g(d,p)的计算方法对TTF-BDT-PC70BM分子的几何结构进行优化.优化结果表明，这TTF-BDT分子成弯曲状，且半包围PC70BM，使供受体进行充分的“接触”，使之更有效地进行电子转移.图1 TTF-BDT-PC70BM分子结构图2.2 TTF-BDT-PC70BM的激发态性质分析由于有机物各个单元的电子轨道能级会直接影响到激发态性质，所以垂直吸收过程中各个单体的HOMO和LUMO能量是我们重点研究的对象.采用含时密度泛函理论和pbe1pbe/6-311g(d,p)基组，我们理论计算出分子的激发态性质并做了分析，计算出了分子的最低未占轨道能级、最高已占轨道能级如表1所示.表1 TTF-BDT-PC70BM分子前线轨道能级TTF-BDT-PC70BM(Fext为10-5)-15-10-50HOMO-5.573-5.563-5.554-5.544LUMO-3.491-3.494-3.498-3.501它们之间的能隙随外电场的变化如图2所示.图2 TTF-BDT-PC70BM分子的前线轨道能级差可以看出，随着电场强度的增加，TTF-BDT-PC70BM分子的HOMO能级和LUMO能级都有改变，并且HOMO-LUMO能级差随着电场强度的增加，HOMO能级逐渐减少.分子的LUMO能级随着电场强度的增加而增大，而这些体系的HOMO能级到LUMO能级的能隙逐渐变小.由于能隙差的减小致使波长增加，也就是说随着HOMO-LUMO能隙的减小，波长增大，也就发生了红移.为了更好地分析TTF-BDT-PC70BM分子的激发态性质，借助三维(3D)实空间分析方法，通过分析聚合物的跃迁偶极矩的大小和方向、分子内部的电荷转移方向，进而探究其激发态性质，在表2中列出了聚合物在0电场下的电子跃迁信息.该聚合物可视化的电荷差异密度(CDD)如图3所示，可以看出电荷转移包括两种激发态的性质：一类是分子间电荷转移(比如S16、S18和S19)，电子主要分布在TTF-BDT上，空穴主要分布在PC70BM上，这是我们研究的重点；另一类是局域分子内电荷转移(比如S15、S17和S20).由跃迁密度图中分析可知，跃迁偶极矩方向与跃迁密度方向是一样的.表2 TTF-BDT-PC70BM聚合物的坐标方向沿x轴，跃迁能、振动强度(f)和轨道跃迁组态相互作用因子(CI)statestransitionEnergy(eV) fCIExcited-statePropertyS11.539 0(805.61 nm)0.000 5 0.629 76(H→L)ICTS21.6623(745.85nm)0.000 0 0.624 36(H→L+1)ICTS31.681 8(737.20 nm)0.004 00.685 23(H→L+2)ICTS42.099 1(590.65 nm)0.002 2 0.496 90(H-1→L+1)ICTS52.113 4(586.66 nm)0.001 3 0.461 38(H→L+3)LES62.1161(585.91 nm)0.014 2 0.516 12(H-1→L+1)LES72.224 5(557.36 nm)0.001 9 0.481 79(H-2→L)ICTS82.273 0(545.47 nm)0.000 0 0.667 11(H-3→L)ICTS92.285 2(542.55nm)0.002 40.479 76(H-3→L)ICTS102.2976(539.63nm)0.112 80.696 03(H→L+4)ICTS112.401 6(516.25nm)0.002 50.653 39(H-2→L+2)ICTS122.420 4(512.25nm)f=0.009 10.553 90(H-3→L+2)ICTS132.446 7(506.73nm)f=0.040 50.555 77(H-3→L+1)LES142.463 1(503.36nm)0.042 10.434 97(H-2→L+1)LES152.521 3(491.76 nm)0.000 00.570 41(H-5→L)LES162.534 4(489.20nm)0.001 60.69333(H→L+5)ICTS172.541 2(487.90nm)0.002 6 0.448 00(H-5→L+1)ICTS182.646 2(468.54 nm)0.001 0 0.360 12(H-5→L+2)ICTS192.664 6(465.31nm)0.000 7 0.504 35(H-5→L+2)LES202.700 5(459.12nm)0.004 8 0.354 09(H-8→L+1)LE图3 TTF-BDT-PC70BM分子的电荷差异密度2.3 电荷转移速率为了更好地确定电荷转移速率，我们对电子耦合强度，重组能，吉布斯自由能做了进一步研究.在有机太阳能电池中，电荷分离是由外部电场的影响引发的.并且重点是对电子耦合Vda外场效应的估测.从图4中可以直观地发现电子耦合强度是增大的.λ(重组能)是控制电子或者能量转移的主要因素.重组能也被称之为弛豫能，主要是由于电子转移变化，引起整个体系从弛豫状态至稳定状态中能量变化值.重组能量出现对深入理解电子跃迁反应驱动力更加有利，这是因为在其组态内存在障碍和极化的变化，如λ=λi+λs[10]所表征的.内部重组能λi是借助改变供体和受体位置平衡几何结构所产生，来补给电子转移时得到或失去的电荷[11-13].重外部重组能λs 来源于ET过程中整体(异质结和溶剂分子)结构改变引起的周围介质电子极化产生的变化.图5中可以看出重组能为下降的.电子转移反应的活化能垒和自由能ΔG，这些研究内容对阻碍激发态的电子转移和非辐射是有效的，放热条件(ΔG<0)是必须的.现在对于ΔGCT和ΔGCR已经用不同的方式得到了应用[14-20].通过计算可得，各个电场下ΔGCR都是负数，表示电子复合过程是自发的热力学系统.并且随着电场的增加ΔGCR的绝对值是增大的，另外随着外电场强度的增加ΔGCT的绝对值也逐渐变大，如图6所示.图4 TTF-BDT-PC70BM分子的电子耦合强度图5 TTF-BDT-PC70BM分子的重组能图6 TTF-BDT-PC70BM分子的吉布斯自由能电荷和激子的传输是不同研究领域的重要基本过程[21].我们把上述参数代入Macus方程，计算了该聚合物的电荷分离速率，如表3所示.可以看出，TTF-BDT-PC70BM随着外电场的增加，可以观察到激子分离速率增大.归因于ΔGCT 变化和λ的值以及电子耦合强度Vda的减小.从热力学角度看，在0电场下，激子具有足够的驱动力来克服库仑相互作用而分离成电子和空穴.TTF-BDT-PC70BM随外部电场增加时，激子分离速率增大.表3 在不同外电场下TTF-BDT-PC70BM分子的电荷分离速率外电场(10-5au)-15-10-50电荷分离速率(s-1)2.54904×10152.6341×10153.07519×10152.81371×10153 结论通过对前线轨道能级差，电子耦合强度，重组能，吉布斯自由能的分析比较，得出电场对前线轨道能级的影响较小，但能级差有变小的趋势，出现红移.外电场对重组能的影响较小但总体是增大的.对电子耦合和吉布斯自由能的影响是随着外电场的增加，有上升的趋势.通过分析知道，外电场对电荷转移速率各因素影响都比较细微，但出现的电荷分离速率是非常大的(15个数量级).从TTF-BDT-PC70BM聚合物看出，外电场变大时电荷分离速率随之变快.【相关文献】[1] F.Pop,A.Amacher,N.Avarvari,et al.Tetrathiafulvalene-benzothiadiazoles as redox-tunable donor-acceptor systems: synthesis and photophysical study[J].Chem.Eur.J,2013,19：2504.[2] A.Amacher,H.Luo,Z.Liu,et al.Electronic tuning effects via cyano substitution of a fused tetrathiafulvalene-benzothiadiazole dyad for ambipolar transport properties[J].RSCAdv,2014,(4):2873.[3] M.Mas-Torrent,M.Durkut,P.Hadley,et al.High Mobility of Dithiophene-Tetrathiafulvalene Single-Crystal Organic Field EffectTransistors[J].J.Am.Chem.Soc,2004,126:984.[4] Y.Takahashi,T.Hasegawa,S.Horiuchi,et al.High mobility organic field-effect transistor based on hexamethylenetetrathiafulvalene with organic metalelectrodes[J].Chem.Mater,2007,19:6382.[5] Naraso,J.Nishida,D.Kumaki,et al.High Performance n- and 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324
发光学报
第 33 卷
的 HOMO 能级为 4． 9 eV［13］，TQ1 的 LUMO 能级 电压最终将接近纯 P3HT 器件的开路电压 0． 3 V。
为 3． 3 eV，两者能级之差较大，根据经验公式，这
对薄膜进行加热可以有效改变给体、受体的
类共混光伏器件的最大开路电压约为 1． 3 V［14］。 相分离程度，进而改变器件的光伏性能。我们对
（ 51208031） 资助项目 作者简介： 侯林涛（ 1978 － ） ，男，陕西渭南人，主要从事有机光伏及发光器件的研究。
E-mail： thlt@ jnu． edu． cn，Tel： （ 020） 85224386-316
第3 期
侯林涛，等： 共轭聚合物作为有机光电池电子受体的特性研究
323
可以预计，随着 P3HT 含量进一步增加，器件开路 P3HT∶ TQ1（ 1 ∶ 1） 薄膜进行了前热处理和后热处
Absorption / a. u.
1.0 （a） 0.8 0.6 0.4 0.2
理，其伏安电流-电压曲线如图 3 所示。在对薄膜
25% 50%
进行 前 热 处 理 后，器 件 的 开 路 电 压 明 显 降 低，由
Key words： acceptor polymer； organic solar cells； thermal annealing； crystallinity； film morphology
1引 言
重量轻、造价低廉、容易制备大面积柔性器件等优 点，发展 十 分 迅 速，目 前 效 率 已 经 超 过 8% 。 ［1-2］
第 33 卷 第 3 期 2012 年 3 月
发光学报
CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCE
文章编号： 1000-7032（2012）03-0322-06
Vol. 33 No. 3 Mar． ，2012
共轭聚合物作为有机光电池电子受体的特性研究
侯林涛* ，王 标，王二刚
（ 暨南大学理工学院 物理系，广东 广州 510632）
1.05
0.6
1.00 0.95 0.90
２0 30 40 50 60 70 80 w ( P3HT ) / %
图 2 （ a） P3HT 含 量 不 同 的 薄 膜 的 归 一 化 吸 收 光 谱； （ b） 开路电压随 P3HT 含量的变化，误差范围显示 同一 P3HT 含量下器件的 Voc 变化范围。
摘要： 以聚 3-已基噻吩（ P3HT） 和聚对苯亚乙烯衍生物（ MDMO-PPV） 作为电子给体，聚［2，3-双-（ 3-辛烷氧基
苯基） 喹喔啉-5，8-二基-交替-噻吩-2，5-二基］（ TQ1） 作为电子受体，制备并研究了聚合物给体 / 聚合物受体有 机光伏电池性能。当给体 P3HT、受体 TQ1 共混质量比为 1∶ 1时，器件性能最佳。热处理会改变薄膜形貌，导 致激子扩散到达界面的距离增加和激子分离界面数量下降，进而引起器件性能下降。溶剂效应对器件性能 影响不明显。研究了相似能带结构给体聚合物对 MDMD-PPV 光电池性能的影响，发现结晶程度较低的给体 材料会进一步导致器件性能降低。
聚［2，3-双-（ 3-辛烷氧基苯基） 喹喔啉-5，8-二 基-交替-噻吩-2，5-二基］（ TQ1） 是最近报道的一 种高效的电子给体聚合物材料［7-8］。以 TQ1 为给 体、PC71 BM 为受体的光电池最大能量转化效率超 过了 6． 0%［7-8］。和一般聚合物不同，TQ1 同时具 有较高的电子传输性能，这表明其也可以作为光 电池中的电子受体材料［9］。目前 TQ1 作为电子 受体材料的研究还没有开展。鉴于此，本文以新 型 TQ1 聚合物作为光电池电子受体材料，分别以 两种能带宽度近似相等，迁移率高、晶化容易的聚 3-已基噻吩（ P3HT） ［10］和无定形态聚合物聚对苯 亚乙烯衍生物（ MDMO-PPV） ［11］作为电子给体，研 究了 P3HT / TQ1 和 MDMO-PPV / TQ1 两种双聚合 物光电池的光伏特性。
Abstract： Organic bulk-heterojunction solar cells were prepared using two conjugated polymers （ P3HT，MDMO-PPV） as electron donor，respectively，and a conjugated polymer （ TQ1） as electron acceptor． The best performance was achieved with the mass stoichiometry of 1 ∶ 1． It is found that thermal annealing has a pronounced effect on device performance． Annealing can alter the morphology of active layer，which results in the increase of distance for exciton diffusion and the decrease of interface area for exciton separation，leading to the decrease device performance． It is observed that solvent has little effect on device performance，which is different from fullerene-based polymer solar cells． Moreover，it demonstrated that crystallinity of donor polymer also has a significant effect on device performance，despite of similar LUMO and HOMO energy bands．
有机共轭聚合物光电池具有制备工艺简单、 可以预期，在今后的 5 ～ 10 年内，它们将逐渐走向
收稿日期： 2011-11-17； 修订日期： 2012-01-19 基金项目： 广东省自然科学基金（ 8451063201000074 ） ； 广东高校优秀青年创新人才培育项目 （ LYM08021 ） ； 暨南大学青年基金
HOU Lin-tao* ，WANG Biao，WANG Er-gang
（ College of Science and Engineering，Jinan University，Guangzhou 510632，China） * Corresponding Author，E-mail： thlt@ jnu． edu． cn
关 键 词： 聚合物受体； 有机光电池； 热处理； 结晶度； 薄膜形貌中图分类号： TN389
文献标识码： A
DOI： 10． 3788 / fgxb20123303． 0322
Study of Conjugated Polymer as Electron-acceptor in Organic Photovoltaic Solar Cells
Fig． 2 （ a） Normalized absorption spectra of the films with
2实 验
所使用 的 聚 合 物 给 体 材 料 P3HT、MDMOPPV 均购自 SIGMA-ALDRICH 公司，TQ1 由本实 验室合成，相应的化学结构如图 1 所示。聚合物 共混层用邻二氯苯 （ oDCB） 和氯仿 （ CF） 溶剂溶 解，采用旋涂方式成膜。器件结构有两种： 一是 ITO / PEDOT / P3HT ∶ TQ1 / LiF / Al，在 P3HT ∶ TQ1 中 P3HT 的质量分数为 75% 、67% 、50% 和 25% ，即 P3HT 与 TQ1 的质量比为 3∶ 1、2∶ 1、1∶ 1和 1∶ 3； 二 是 ITO / PEDOT / MDMO-PPV ∶ TQ1 （ 1 ∶ 1 ） / LiF / Al。 PEDOT 层厚度为 40 nm，采用旋涂成膜。LiF 层 厚度为 0． 6 nm，Al 电极厚度为 100 nm，均通过真 空热蒸发方法制备。光伏器件活性层厚度为 80 nm，有效面积为 5 mm2 。
1.25 （b）
1.20
姿 / nm
1.15
1.10
充 因 子 变 小，减 小 程 度 比 前 热 处 理 器 件 还 要 大。 这可能与器件阴极在加热时和聚合物表面相互作 用，生成一层薄绝缘层有关，导致电流在流过该绝 缘层时损耗。这种现象在发光器件及光电池器件 中已有报道［15-16］。
Voc / V
O CH2(CH2)4CH3
S n
P3HT
H3CO n
MDMO-PPV
S n
NN
C8H17O
TQ1
OC8H17
图 1 共聚物 P3HT、MDMO-PPV 和 TQ1 的化学结构式 Fig． 1 Chemical structure of P3HT，MDMO-PPV and TQ1
3 结果与讨论
由于电子给体、受体混合比例对器件性能影 响很大，我们首先研究了混合比例对器件性能的 影响。图 2 （ a ） 是 以 TQ1 为 聚 合 物 受 体 材 料、 P3HT 为聚合物给体材料、邻二氯苯为共混溶剂 制备的薄膜的吸收光谱，其中 P3HT 的质量分数 分别为 25% 、50% 、67% 和 75% 。由图可见，随着 P3HT 含量的增加，在红光波段薄膜吸收蓝移，越 来越表现出 P3HT 的特征吸收； 而在蓝光波段薄 膜吸收降低，这是由于 P3HT 在 300 ～ 400 nm 波 段吸收很弱导致的。表 1 为不同混合比例时器件 的光伏性能参数。从中可以看到当 P3HT 的质量 分数为 50% 时，所制备的光伏器件性能最好。器 件的开路电压 Voc 与 P3HT 含量有关，随着 P3HT 含量 的 增 加，Voc 减 小，近 似 呈 线 性 关 系，如 图 2 （ b） 所示。有机光伏器件的开路电压与给体的 HOMO 和受体的 LUMO 能级之差有关［12］。P3HT