Synthesis and Photovoltaic Properties of Cyclopentadithiophene‐Based Low‐Bandgap Copolymers That Contain Electron‐Withdrawing Thiazole Derivatives

带隙 噻唑 材料科学 分子内力 共聚物 电子迁移率 凝胶渗透色谱法 结晶学 高分子化学 立体化学 化学 聚合物 光电子学 复合材料
作者
In Hwan Jung,Jin‐Young Yu,Eunjae Jeong,Jinseck Kim,Sooncheol Kwon,Hoyoul Kong,Kwanghee Lee,Han Young Woo,Hong‐Ku Shim
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:16 (12): 3743-3752 被引量:124
标识
DOI:10.1002/chem.200903064
摘要

We have synthesized four types of cyclopentadithiophene (CDT)-based low-bandgap copolymers, poly[{4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl}-alt-(2,2'-bithiazole-5,5'-diyl)] (PehCDT-BT), poly[(4,4-dioctyl-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl)-alt-(2,2'-bithiazole-5,5'-diyl)] (PocCDT-BT), poly[{4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl}-alt-{2,5-di(thiophen-2-yl)thiazolo[5,4-d]thiazole-5,5'-diyl}] (PehCDT-TZ), and poly[(4,4-dioctyl-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl)-alt-{2,5-di(thiophen-2-yl)thiazolo[5,4-d]thiazole-5,5'-diyl}] (PocCDT-TZ), for use in photovoltaic applications. The intramolecular charge-transfer interaction between the electron-sufficient CDT unit and electron-deficient bithiazole (BT) or thiazolothiazole (TZ) units in the polymeric backbone induced a low bandgap and broad absorption that covered 300 nm to 700-800 nm. The optical bandgap was measured to be around 1.9 eV for PehCDT-BT and PocCDT-BT, and around 1.8 eV for PehCDT-TZ and PocCDT-TZ. Gel permeation chromatography showed that number-average molecular weights ranged from 8000 to 14,000 g mol(-1). Field-effect mobility measurements showed hole mobility of 10(-6)-10(-4) cm(2) V(-1) s(-1) for the copolymers. The film morphology of the bulk heterojunction mixtures with [6,6]phenyl-C(61)-butyric acid methyl ester (PCBM) was also examined by atomic force microscopy before and after heat treatment. When the polymers were blended with PCBM, PehCDT-TZ exhibited the best performance with an open circuit voltage of 0.69 V, short-circuit current of 7.14 mA cm(-2), and power conversion efficiency of 2.23 % under air mass (AM) 1.5 global (1.5 G) illumination conditions (100 mW cm(-2)).
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