I just wanna download other information, so I upload this file and write down a long speech so I can...

1. Trang 1
Phát triển các polyme bán dẫn mới cho năng lượng mặt trời hiệu suất cao
Ô
Yongye Liang, † Yue Wu, ‡ Danqin Feng, † Szu-Ting Tsai, ‡ Hae-Jung Sơn, † Gang
Li, ‡ và Luping Yu *, †
Khoa Hóa và Franck Viện James, The Uni V ersity Chicago, 929 Street East 57,
Chicago, Illinois 60.637, và Solarmer Energy Inc., 3445 Fletcher A V enue, El Monte,
California 91731
Nhận được ngày 30 tháng 10 năm 2008; E-mail: lupingyu@uchicago.edu
Thu năng lượng mặt trời bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện yêu cầu
Vật liệu bán dẫn hoạt động để chuyển đổi ánh sáng thành điện.
Hiện nay, pin mặt trời dựa trên silic là công nghệ chiếm ưu thế,
Mang lại hiệu quả chuyển đổi cao. Hạn chế của các
Thiết bị là chi phí cao của họ. 1 vật liệu bán dẫn hữu cơ, và
Đặc biệt là các polyme bán dẫn, dự kiến sẽ cung cấp
Để sản xuất dễ dàng chi phí thấp, linh hoạt, và thị trường
Tương thích. 2 Kể từ khi phát hiện ra hiệu ứng quang điện
Trong thiết bị heterojunction số lượng lớn (BHJ), đã có một đáng kể
Phát triển trong các tế bào năng lượng mặt trời polymer. 3 Cho đến nay, sau khi mở
rộng
Tối ưu hóa, một hiệu suất chuyển đổi năng lượng của ~ 4-5 đã được
Đạt được và khẳng định trong các tế bào năng lượng mặt trời bằng cách sử dụng
Regio-regular poly (3-
Hexylthiophene) (P3HT) như là một vật liệu của các nhà tài trợ điện tử và [6,6] -
phenyl-C61-butyric axit metyl este (PC 61 BM) như một chất nhận. 4
Tuy nhiên, một nút cổ chai trong hiệu quả chuyển đổi dường như đạt được
Bằng cách sử dụng P3HT vì thu hoạch các photon có bước sóng dưới đây
~ 650 nm, là một phần nhỏ của toàn bộ quang phổ mặt trời. 2
Vì vậy, các vật liệu hữu cơ có khoảng trống băng tần thấp, có thể
Thu hoạch năng lượng mặt trời một cách có hiệu quả trong một dải rộng hơn, là cần
thiết
Đẩy các loại pin mặt trời này vào các ứng dụng thực tiễn. 5 Các
Cấu trúc và tổng hợp các vật liệu này đòi hỏi phải có thiết kế tinh vi. 6
Gần đây nhất, hệ thống PV polymer polymer thấp cho thấy
4-5% hiệu quả với các nỗ lực kỹ thuật thiết bị mở rộng. 7 Trong này
Giấy, chúng tôi mô tả một khoảng cách khoảng cách mới bán dẫn bằng polymer thấp
Cho các tế bào năng lượng mặt trời polymer hiệu năng cao, thể hiện năng lượng
Hiệu suất chuyển đổi 5,6% theo điều kiện AM1.5G một mặt trời.
Polyme mới, PTB1 (Hình 1a), được tổng hợp thông qua Stille
Polycondensation giữa một este 2,5-dibromothieno [3,4-
b] monome thiophene và dialkoxyl benzodithiophene distannane. số 8

2. Các thieno [3,4 b] đơn vị thiophene lặp lại được biết để ổn định
Cấu trúc quinoidal của xương sống thu hẹp năng lượng
Khoảng cách của các polyme kết quả. 9 Các este thay thieno [3,4
b] thiophene trong polymer mới này làm cho nó cả hòa tan và
Oxy hóa ổn định.
Nghiên cứu lượng sắc tố thẩm thấu gel (GPC) cho thấy một số
Trọng lượng phân tử trung bình là 18,3 kg / mol và trọng lượng trung bình
Trọng lượng phân tử 22,9 kg / mol với polydispersity là 1,25. Các
giải pháp polymer trong o -dichlorobenzene cho thấy một sự hấp thụ
Tối đa 682 nm với sự khởi đầu ở 774 nm (Hình 1b). Các
Bộ phim rắn của polymer có sự hấp thụ nhẹ chuyển màu đỏ
Khoảng 690 nm với sự khởi đầu ở 784 nm, trùng với
Vùng thông lượng photon tối đa tương ứng trong quang phổ mặt trời
(~ 700 nm). Hệ số hấp thụ của màng polymer tại 690
nm là 7,5 × 10 -3 nm -1. Khoảng cách dải quang học tính từ
Sự khởi đầu của sự hấp thụ phim là ~ 1,63 eV. Các volutammetry tuần hoàn
(CV) nghiên cứu về màng polyme màng phủ trên một carbon thủy tinh
Điện cực chỉ ra rằng khởi phát oxy hóa là -0,22 eV đến một Ag /
Ag + điện cực, trong khi giảm xảy ra ở 1,48 eV. Các redox
Tiềm năng của ferrocene / ferrocenium trong cùng điều kiện là
Nằm ở 0,12 eV, được cho là có năng lượng tuyệt đối
Mức -4,80 eV cho chân không. 10 Vì vậy, các mức năng lượng của cao nhất
Quỹ đạo phân tử chiếm dụng (HOMO) và thấp nhất không có người ở
Quỹ đạo phân tử (LUMO) được xác định là -4.90 và -3.20
EV, tương ứng.
Các tính chất quang điện của PTB1 được nghiên cứu trong hai
composit (với một trong hai PC 61 BM hoặc PC 71 BM) trong cấu trúc của ITO /
PEDOT: PSS / polymer: fullerides / Ca / Al. Hình 2a cho thấy bức ảnh
Đường cong V của các tế bào năng lượng mặt trời polymer với một PTB1 -
J: PC 61 BM 1: 1
tỷ lệ trọng lượng. Độ dày lớp hoạt động là ~ 100-110 nm. Một đoạn ngắn
mạch hiện tại, J sc, 12,5 mA / cm 2 được thực hiện, với một mạch mở
điện áp, V oc, 0,58 V, và một yếu tố điền 65.4%. Kết quả
Hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 4,76%.
Nó đã được báo cáo rằng PC 71 BM có tính chất điện tử tương tự
như PC 61 BM, nhưng một hệ số hấp thụ cao hơn trong cái hữu hình
khu vực. 11 Lớp hoạt động đã được sửa đổi sau đó tiếp tục với trọng lượng
tỷ lệ PTB1: P 71 CBM tỷ lệ 1: 1,2 và độ dày giống hệt nhau xung quanh
100-110 nm Một J sc cao hơn 15,0 mA / cm 2 được thu thập. Các
thiết bị trưng bày một oc V 0,56 V và một yếu tố điền của 63,3%, trong đó
Mang lại một PCE ấn tượng là 5,30%. (Hình 2a) Sự thay đổi

3. Tỷ lệ phần trăm của người hiến tặng / chấp nhận để đạt được hiệu quả tối ưu là khó
Hiểu ngay từ cái nhìn đầu tiên. Tuy nhiên, bằng cách xem xét sự khác biệt
Trong trọng lượng phân tử, tỷ lệ mol của người cho và người chấp nhận
Hai hệ thống tối ưu hóa rất gần, điều này xảy ra là
Cùng tỷ lệ như trong mô hình tối ưu P3HT: hệ thống PCBM.
Thiết bị hấp thụ ánh sáng gần như toàn bộ phạm vi có thể nhìn thấy trong
Phổ và cho thấy hiệu quả lượng tử bên ngoài cao (EQEs) cho
cả PTB1 / PC 61 BM và PTB1 / PC 71 pin mặt trời BM (Hình 2b). Cho
các PTB1 / PC 61 pin mặt trời BM, các EQE tối đa là hơn 60% ở
650 nm và ~ 50% trong khoảng từ 550 đến 750 nm. Khi mà
PC71BM được sử dụng, PTB1 / PC 71 pin mặt trời BM trưng bày một cao hơn
EQE, hầu hết trên 60% trong khoảng từ 400 đến 750 nm, với
Tối đa là 67% ở 650 nm.
Các tế bào tham chiếu được sử dụng trong các phép đo, một bộ lọc KG5 được bảo
hiểm
Silicon detector, có thể loại bỏ sự không phù hợp quang phổ trong P3HT:
† Đại học Chicago.
‡ Solarmer Energy Inc.
Hình 1. (a) cấutrúc phân tử của polyme PTB1 vàfullerene
các dẫn xuất. (B) phổ hấp thụ chuẩn hóa của polymer PTB1 trong
dichlorobenzene, phim PTB1, và PTB1-PC 61 BM pha trộn phim.
Xuất bản trên Web 18/12/2008
10.1021 / ja808373p CCC: $ 40,75  2009 American Chemical Society
56 9 J. AM. CHEM. SOC. 2009, 131, 56-57
Trang 2
PC 61 hệ thống BM. 12 Tuy nhiên, phản ứng quang phổ của các mới
Polymer được kéo dài thêm vào vùng màu đỏ và phổ
Sự không phù hợp cần được xem xét. Bằng cách chèn một tiêu chuẩn AM1.5G
Quang phổ, trình mô phỏng năng lượng mặt trời của Oriel (với bộ lọc 1.5G), và
Dữ liệu EQE, chúng tôi tính hệ số không phù hợp phổ là 0,95
Sử dụng một chương trình do NREL cung cấp, kết quả là đã sửa
Photocurrent ca. 15,6 mA / cm 2, một giá trị rõ ràng trong số tốt nhất trong
Các pin mặt trời polymer được báo cáo. Việc chuyển đổi điện đã hiệu chỉnh
Hiệu quả là 5.6%. Tích hợp thêm về phản ứng quang phổ
của tế bào với một AM1.5G quang phổ mặt trời tiêu chuẩn mang lại một sc J
15,1 mA / cm 2, mà cũng đồng ý (trong vòng lỗi 4%) với
dòng quang thu được bằng cách J - đo V và không phù hợp quang phổ
điều chỉnh.
Một số yếu tố góp phần nâng cao hiệu quả chuyển đổi năng lượng
Các pin mặt trời polymer dựa trên PTB1. Trước tiên, PTB1 có một

4. Gần khoảng cách ban nhạc tối ưu là 1,6 eV cũng như năng lượng được ưu tiên
cấp độ. 13 Lỗ cơ động cao và khả năng hình thành
Sự cân bằng vận chuyển cân bằng trong hỗn hợp dẫn đến yếu tố đổ đầy.
EQE cao là kết quả trực tiếp của sự phù hợp của năng lượng
Cấp. Mặc dù khoảng trống của PTB1 thấp hơn 0.3 eV so với
Của P3HT, một D / A năng lượng đủ khác biệt đã được duy trì
Để cung cấp đủ lực thúc đẩy sự phân ly exciton trong
Giao diện nhà tài trợ chấp nhận. Thứ hai, đơn vị thieno-tiofen có thể
Ổn định cấu trúc quinoidal trong chuỗi polyme và do đó
Tăng cường tính phẳng dọc theo xương sống polymer thơm. 14 Các
Đơn vị benzodithiophene làm cho xương sống của PTB1 cứng hơn
Hơn P3HT. Kết quả là độ phẳng và độ dài liên hợp của
polymer cho thấy một sự thay đổi nhỏ với sự ra đời của PC 61 BM,
Được minh họa bởi sự thay đổi nhỏ trong sự hấp thụ của
Pha trộn phim ở bước sóng dài hơn (hình 1b). Trong sự hấp thụ
Vùng trên 600 nm, sự hấp thụ của màng pha trộn gần như
Tương tự như đối với phim polymer. Độ cứng và tính phẳng của
Xương sống polyme trực tiếp chịu trách nhiệm cho SCLC cao
sự nhanh nhẹn của PTB1, ~4.5 × 10 -4 cm 2 / v · s được đo bằng
Phương pháp giới hạn dòng không tải (SCLC) (S-Hình 2). Cho
So sánh, sự di động lỗ của P3HT regioregular (tổng hợp
từ phương pháp McCullough của 15 với M n) 90k và PDI) 1,31,
Và tỷ lệ tái phát> 95%), được đo theo các điều kiện tương tự,
là 2,7 × 10 -4 cm 2 / v · s. Thứ ba, hệ thống pha trộn polymer có một
Ưa thích giao thoa cấu trúc mạng mà có thể có lợi không
Chỉ có tính cách ly thân mà còn là phương tiện chuyên chở, dẫn
Đến các yếu tố đổ đầy. Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) và
Nghiên cứu kính hiển vi điện tử truyền (TEM) cho thấy rằng
hình thái của PTB1 / PC 61 BM pha trộn phim trưng bày rất tốt
Miền và không có giai đoạn lớn có thể được tìm thấy (S-Hình 3). Nhỏ bé
Sợi nano (~ 5 nm chiều rộng) được quan sát thấy trong các hình ảnh TEM và
Phân phối trong toàn bộ trường hình ảnh, cho thấy hiệu quả hơn
Sự tương tác giữa nhà tài trợ và người nhận. 16 nghiên cứu phát sáng quang cực nhanh
tiết lộ rằng PTB1 / PC 61 BM pha trộn phim trưng bày một cao hơn
Mức độ PL quenching do chuyển tải điện dung photoinduced
từ polyme để PC 61 BM (S-Hình 1) so với tương ứng
P3HT: PC 61 hệ thống BM. Tất cả những kết quả này chỉ ra rằng
Polymer và PCBM hình thành một mạng lưới nội suy hiệu quả
Trong hỗn hợp màng, tạo thuận lợi cho sự phân ly exciton trong bề mặt
Diện tích và vận chuyển trong các lĩnh vực tương ứng.
Tóm lại, một thiết bị bán dẫn mới và ổn định cao,

5. ing polymer, PTB1, dựa trên luân phiên thieno- [3,4 b] thiophene
Và đơn vị benzodithiophene đã được tổng hợp. Mặt trời đơn giản
Tế bào được điều chế từ sự pha trộn của polymer và fullerene
Dẫn xuất có hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời cao là 5,6%
Và tỷ lệ chất đầy trên 65% mà không cần điều trị đặc biệt.
Xem xét cải tiến đáng kể các pin mặt trời polymer
Thông qua kỹ thuật thiết bị trong nhiều hệ thống polymer / fullerene,
Chẳng hạn như sự pha trộn P3HT / PCBM, hệ thống polymer này thể hiện một
Tiềm năng rất tiềm năng như là một ứng cử viên để thăm dò thêm trong
Pin mặt trời với các ứng dụng thực tế.
Lời cảm ơn. Công việc này được Hoa Kỳ hỗ trợ một phần
Quỹ khoa học quốc gia Grant (DMR-703274, LY). Công việc
Cũng được hỗ trợ một phần bởi Solarmer Energy Inc. Chúng tôi muốn
Cảm ơn Tiến sĩ Ziruo Hong và GS Yang Yang trong UCLA đã giúp đỡ
Đo EQE trên mẫu.
Hỗ trợ thông tin sẵn: Tổng hợp và tính di động lỗ
Đo lường, chuẩn bị thiết bị và mô tả đặc tính, quang phát quang
Quang phổ của màng polyme và màng pha trộn và TEM, hình ảnh AFM.
Tài liệu này có sẵn miễn phí tại http://pubs.acs.org.
Tài liệu tham khảo
(1) Braga, AFB; Moreira, SP; Zampieri, PR; Bacchin, JMG; Mei,
PR Sol. Năng lượng Mater. Sol. Tế bào năm 2008, 92, 418.
(2) Brabec, CJ Sol. Năng lượng Mater. Sol. Tế bào năm 2004, 83, 273.
(3) (a) Yu, G ;; Gao, J .; Hummelen, JC; Wudl, F; Heeger, AJ Khoa học
1995, 270, 1789. (b) Brabec, CJ; Sariciftci, NS; Hummelen, JC rao V.
Funct. Mater. Năm 2001, 11, 15. (c) Huỳnh, WU; Dittmer, JJ; Alivisatos,
AP Khoa học năm 2002, 295, 2425. (d) Coakley, KM; McGehee, MD Chem.
Mater. Năm 2004, 16, 4533. (e) Gnes, S .; Neugebauer, H; Sariciftci, NS Chem.
Re V. 2007, 107, 1324.
(4) (a) Li, G ;; Shrotriya, V; Huang, JS; Yao, Y .; Moriarty, T .; Emery, K;
Yang, Y. Nat. Mater. Năm 2005, 4, 864. (b) Mã, WL; Yang, CY; Luân Công, X.;
Lee, KH; Heeger, AJ rao V. Funct. Mater. Năm 2005, 15, 1617.
(5) Ôn, L; Vịt, BC; Dastoor, máy tính cá nhân; Rasmussen, SC đại phân tử
Năm 2008, 41, 4576.
(6) Roncali, J. Macromol. Rapid Commun. Năm 2007, 28, 1761.
(7) (a) Peet, J .; Kim, JY; Coates, NE; Ma, WL; Moses, D .; Heeger,
AJ; Bazan, GC Nat. Mater. Năm 2007, 6, 497. (b) Lee, JK; Ma, WL;
Brabec, CJ; Yuen, J .; Moon, JS; Kim, JY; Tỏi tây.; Bazan, GC;
Heeger, AJJA Chem. Soc. 2008, 130, 3619. (c) Wienk, MM; Turbiez,
M; Gilot, J .; Janssen, RJJ rao V. Mater. Năm 2008, 20, 2556.
(8) Bao, ZN; Chan, WK; Yu, LP Chem. Mater. Năm 1993, 5, 1.

6. (9) (a) Neef, CJ; Brotherston, IJ; Ferraris, PD Chem. Mater. Năm 1999, 11,
1957. (b) Lee, KH; Sotzing, GA đại phân tử năm 2001, 34, 5746. (c)
Sotzing, GA; Lee, KH đại phân tử năm 2002, 35, 7281. (d) Pomerantz,
M; Gu, XM Synth. Gặp. Năm 1997, 84, 243.
(10) Pommerehne, J .; Vestweber, H .; Guss, W; Mahrt, RF; Bassler, H .; Porsch,
M; Vữa, J. rao V. Mater. Năm 1995, 7, 551.
(11) Wienk, MM; Kroon, JM; Verhees, WJH; Knol, J .; Hummelen; JC;
Van Hal, P., A; Janssen, RAJ Angew. Chem, Int. Ed. Năm 2003, 42, 3371.
(12) (a) Emery, KA; Osterwald, CR chủ đề hiện tại trong oltaics ảnh V;
Báo chí học thuật: London, 1988. (b) Emery, KA; Osterwald, CR năng lượng mặt trời
Tế bào năm 1986, 17, 253. (c) Shrotriya, V .; Li, G; Yao, Y .; Yang, Y .; Moriarty,
T .; Emery, KA rao V. Funct. Mater. Năm 2006, 16 năm 2016.
(13) Loferski, JJ J. Appl. Phys. Năm 1956, 27, 777.
(14) (a) Wudl, F ;; Kobayashi, M; Heeger, AJ J. Org. Chem. Năm 1984, 49, 3382.
(B) Liang, YY; Xiao, SQ; Phong, DQ; Yu, LP J. Phys. Chem. C
2008, 112, 7866.
(15) Loewe, RS; Ewbank, PC; Liu, JS; Zhai, L .; McCullough, RD
Đại phân tử năm 2001, 34, 4324.
(16) Li, G; Yao, Y .; Yang, HC; Shrotriya, v .; Yang, GW; Yang, Y. rao V.
Funct. Mater. Năm 2007, 17, 1636.
JA808373P
Hình 2. (a) đặc điểm hiện tại điện áp của các tế bào nănglượngmặt trời polymer dưới
PM 1.5 điều kiện (100 mW / cm 2). (B) Hiệu suất lượng tử bên ngoài của PTB1 /
PC 61 BM và PTB1 / PC 71 BM.
MỨT. CHEM. SOC. 9 VOL. 131, KHÔNG. 1, 2009 57
TRUYỀN THÔNG