外电场对共轭高分子有序结构的调控及载流子迁移特性影响的研究

Facing with energy, the preparation of highly effective and stable photoelectric conversion materials based on the conjugated polymer is the international foreland research fields with fierce competition. However the efficiency of the current developed polymer photovoltaic cells is generally low. The low carrier mobility is one of the main barriers to improve the efficiency. This is a bottleneck to put conjugated polymer photovoltaic conversion materials in use, and also a common issue to be solved in the field of photoelectricity.. This project will systematicly study the effect of the external electric field on the control of the ordered structure of conjugated polymer and the characteristics of the carrier mobility. The study aims at revealing the formation and control of the ordered conjugated polymer with different polarity and scales, the law and new mechanism of improving the characteristics of the carrier mobility; achieving dynamic control of the ordered conjugated polymer and strength of the carrier mobility under the control of the external electric field. In order to improve the level of photoelectric devices, we will start with the intrinsic property of polymer. It is a new concept and method designing the photoelectric conversion materials, which has not been reported in China and abroad. The research is like a huge treasure to be excavated, which is greatly innovative and challenging. Therefore, the research has important scientific meanings and study values.

面向能源的高效、稳定共轭高分子光电转换材料的制备是竞争非常激烈的国际前沿研究领域。但目前开发的聚合物材料效率普遍较低，制约其效率提高的主要原因之一是低的载流子迁移。这是有机电子材料迈向实用化的瓶颈，也是光电领域带有共性、亟需解决的问题。. 本项目拟系统地研究外电场对共轭高分子有序结构的调控及载流子迁移特的影响。旨在揭示外电场作用下不同极性、不同尺度链长共轭高分子有序结构形成、调控及载流子迁移特性提高的规律与新机制；实现外场操纵下共轭高分子有序结构和迁移率大小的动态调控。从高分子本征性质入手，提高光电器件水平。这是光电转换材料设计的新思路、新方法，国内外尚未见报道。研究具有很强的创新性及挑战性，其中蕴藏巨大的宝库等待人们去探索和发掘。因此，本研究具有重要的科学意义和研究价值。

溶液场、温度场对共轭高分子影响的研究已多见报道，而外电场对共轭高分子构象及有序结构的影响研究乃是空白。电场是一类具有方向性的场，可施加给材料具有方向性的力从而得到各向异性的材料。这对提高共轭高分子载流子迁移率及制备高效、稳定的光电转换材料意义重大。.本项目系统的研究了外电场对共轭高分子有序结构的调控及载流子迁移特的影响。旨在揭示外电场作用下不同极性、不同尺度链长共轭高分子有序结构形成、调控及载流子迁移特性提高的规律与新机制；实现外场操纵下共轭高分子有序结构和迁移率大小的动态调控。从高分子本征性质入手，提高光电器件水平。.基于此，项目研究内容主要集中于：1. 外电场对不同极性共轭高分子有序结构调控及载流子迁移特性的研究；探究发展高效光电转换材料制备的新方法。2. 研究外电场对不同尺度链长共轭高分子有序结构形成过程及调控与载流子迁移特性的关系，建立不同尺度链长与外电场强度及迁移率的关系曲线，探究其规律。3. 研究外电场对不同极性共轭高分子、不同尺度链长有序结构调控及载流子迁移特性影响的新规律、新机制。.研究已取得有意义的成果：1.发现不同极性共轭高分子（P3HT、MEH-PPV、F8T2、PFO）对外电场的响应不同，且随极性的增强而增强；通过紫外吸收和发射光谱的变化，证明了其分子链构象的改变及有序结构的形成是产生这一规律的主要原因。2.外电场对不同尺度链长的共轭高分子P3HT影响明显不同。极性共轭聚合物P3HT在外电场诱导下可调整链构象形成较为有序的结构。随着分子量的增加（33K~100K），相同外电场对P3HT分子链构象的调控能力逐渐降低。其原因是：随分子量增加，P3HT链尺寸增长，分子链更易缠结；且因侧链己基的增长导致空间位阻增加。因此，低分子量的P3HT表现出比高分子量链构象更易受外电场影响而容易形成有序结构。3. 揭示出外电场对不同极性共轭高分子、不同尺度链长有序结构调控及载流子迁移特性影响的一般规律及物理机制。此研究对深刻揭示外电场对共轭聚合物构象有序性、规律及载流子迁移性质的影响具有重要理论与实际意义。