本文關(guān)鍵詞：吡咯并吡咯二酮給、受體的設(shè)計(jì)合成及應(yīng)用

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【摘要】：吡咯并吡咯二酮(DPP)原是一種染料,也是經(jīng)典的缺電子材料。有著較寬的吸收光譜,光穩(wěn)定性好,烷基修飾后有很好的溶解性；在聚合物晶體管材料和有機(jī)太陽(yáng)能電池材料中有著廣泛的應(yīng)用。DPP的給體材料研究的比較多,目前基于DPP的小分子給體材料的太陽(yáng)能電池的最高效率已經(jīng)超過(guò)了7%。DPP單元的LUMO能級(jí)較低,具有很好的光譜吸收。近年來(lái),用作電子受體材料替代富勒烯的研究也引起了科學(xué)家的興趣。在DPP受體材料方面,雖然從2010年以來(lái)不斷有很多報(bào)道,但是效率都不太高。DPP分子呈高度平面性,比較容易結(jié)晶,在活性層中往往形成較大面積的結(jié)晶,不利于激子的有效分離。在減弱DPP分子在活性層中的自聚方面,我們課題組做了一些前期工作。2015年,我們課題組首次報(bào)道了基于螺芴(SF)為核的DPP受體小分子,其中以異辛基修飾的(SF-DPPEH),以P3HT作為給體材料；制作光伏器件得到光電轉(zhuǎn)化效率PCE高達(dá)3.63%,對(duì)于DPP受體來(lái)說(shuō)是個(gè)很大的突破。研究表明螺芴使整個(gè)分子呈十字交叉型結(jié)構(gòu),一方面有利適當(dāng)?shù)膲褐艱PP分子的自聚；另一方面分子中兩個(gè)互相垂直的平面能保持一定的結(jié)晶,有利于改善活性層的電子傳輸。然而進(jìn)一步分析我們發(fā)現(xiàn)(SF-DPPEH)的吸收光譜與給體材料P3HT有較大的重合,沒(méi)有形成吸收光譜的互補(bǔ)。可以預(yù)見(jiàn)繼續(xù)拓寬SF-DPPEH的吸收光譜,可以很好的和P3HT的吸收光譜形成互補(bǔ),大幅改善活性層的吸收光譜,從而提高器件的短路電流(Jsc)。為此我們?cè)谛阅軆?yōu)越的SF-DPPEH的基礎(chǔ)上,對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾,在DPP的末端引入并環(huán),期望拓寬其吸收光譜,并提高其結(jié)晶性。在這里我們對(duì)DPP進(jìn)一步修飾,在其噻吩環(huán)上分別連接萘、苯并呋喃、苯并噻吩得到了端基修飾的三個(gè)分子SF(DPPN)4、SF(DPPBF)、SF(DPPBT)4。一方面,和上述提到的一樣,十字交叉結(jié)構(gòu)能夠有效減弱其成膜時(shí)分子的自聚；另一方面,三個(gè)并環(huán)化合物修飾的DPP分子的共軛程度有所增加；從而拓寬了其吸收光譜。通過(guò)紫外光譜我們發(fā)現(xiàn),新合成的三個(gè)分子相較于SF(DPPEH)4的吸收明顯拓寬約30nm,和我們預(yù)測(cè)的一致。初步測(cè)試,SF(DPPN)4的光電轉(zhuǎn)化效率PCE為1.15%。為了拓展DPP在非富勒烯受體材料中的應(yīng)用,我們還用DPP單體和萘酰亞胺(NDI)與噻吩雙錫聚合,通過(guò)調(diào)節(jié)DPP和NDI的比例,合成了四種DPP類聚合物受體材料。通過(guò)紫外吸收光譜我們發(fā)現(xiàn),它們?cè)?00-800nm之間都有有良好的吸收。而且它們的吸收光譜隨著DPP含量的變化而明顯改變。DSC測(cè)試顯示四個(gè)聚合物都有良好的結(jié)晶。與P3HT共混,制作全聚合物太陽(yáng)能電池器件。測(cè)試它們的光伏性能最高的PCE為0.5%。同時(shí)我們還將課題組先前合成的雜并五噻吩與DPP共聚,合成三個(gè)新型的有機(jī)聚合物給體材料。聚合物相對(duì)于小分子柔性更好,能夠在制作器件時(shí)更好的成膜,同時(shí)其載流子遷移率也會(huì)高于小分子。從以上可以看出DPP無(wú)論是在有機(jī)太陽(yáng)能受體材料,還是給體材料中都有良好的光伏表現(xiàn),有待我們繼續(xù)的探索研究其性能。
【學(xué)位授予單位】：杭州師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O626;TM914.4

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