液晶诱导取向和嵌段聚合物有序自组装调控有机/无机界面

摘要

有机共轭聚合物/无机纳米晶的体相异质结杂化太阳能电池由于其拥有有机聚合物与无机纳米晶两者的优点,如可自组装、高电子迁移率、优异的加工性能和化学稳定性,被认为是一种很好吸收太阳能的质轻和柔性器件.与传统的双层异质结电池相比,杂化体相异质结电池是以共轭聚合物电子给体与无机纳米晶电子受体共混形成活性层,这一活性层所形成的互穿网络结构为激子的分散提供更大的界面接触面积.为了实现较高的能量转换效率(PCE)，光产生的激子需要有效地传递到给体和纳米晶受体的界面。因此，精确控制活性层形貌是获得高效率杂化体相异质结电池的关键。 本文通过液晶诱导取向、嵌段聚合物自组装或作为有序模板原位生长纳米晶等方法来改善活性层的有机聚合物与无机纳米晶的相互作用，使其形成取向连续的相分离结构。设计合成了含侧链氰基联苯液晶基元的共轭硬-硬嵌段聚噻吩(P3HT-b-PTcbp)，溶剂退火处理，嵌段聚合物形成了与激子的扩散长度相当的高度有序纳米尺度结构。它与含氰基联苯液晶配体修饰的ZnO和CdS无机量子点(cbp@ZnO和cbp@CdS)共混形成杂化活性层制备光伏器件，由于嵌段侧链液晶基元与量子点表面液晶基元的协同效应，聚合物纳米纤维基体上形成高度可控分散的有序自组装纳米形貌。以含缩水甘油醚嵌段聚嚎吩P3HT-b-P3TEGT为纳米模板，通过溶剂退火自组装以及Cd2+与含醚侧链的配位作用，H2S原位处理，得到高度可控分散的一维给/受体核/壳杂化纳米纤维。最大化杂化太阳能器件异质结界面积，提高了激子分离效率。