基于缺電子稠雜環(huán)的新型有機(jī)光電材料.pdf

1、具有光電活性的有機(jī)半導(dǎo)體材料（即有機(jī)光電材料）不僅為有機(jī)薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OTFTs）與有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSCs）的活性層及器件的研究與發(fā)展提供了重要的材料基礎(chǔ)，也為基于π-共軛體系的有機(jī)分子材料的結(jié)構(gòu)與性能及應(yīng)用的研究提供了新的課題生長(zhǎng)點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)與合成新型的有機(jī)光電材料具有重要意義。其中，基于缺電子稠雜環(huán)構(gòu)筑塊的有機(jī)光電材料的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。本論文依據(jù)構(gòu)建缺電子稠雜環(huán)體系的核心思想，設(shè)計(jì)合成了一系列新型含缺電子稠雜環(huán)構(gòu)筑塊的有機(jī)

2、共軛小分子與共軛聚合物材料，并研究了它們的物理化學(xué)性質(zhì)及其有機(jī)光電器件性能。論文主要包括以下幾個(gè)部分：
　?。?）論文第一章在對(duì)OTFTs與OSCs概述的基礎(chǔ)上，綜述了近年來(lái)兩類器件活性層材料研究的總體進(jìn)展。著重綜述了與課題相關(guān)的OTFTs中的n-型有機(jī)半導(dǎo)體材料以及用于OSCs活性層的聚合物給體材料。最后闡明本論文的立意與主要內(nèi)容。
　?。?）論文第二章設(shè)計(jì)與合成了四種基于稠合三氟甲基苯并咪唑結(jié)構(gòu)的萘二羧酸單酰亞胺衍生物(

3、3a、3b、4a與4b)。以萘四甲酸二酐為核，在其一側(cè)進(jìn)行N-烷基取代，為材料提供了良好的溶解性；在其另一側(cè)構(gòu)建三氟甲基苯并咪唑結(jié)構(gòu)，不僅擴(kuò)展了分子的π-共軛平面，也降低了體系的最低未占軌道（LUMO）能級(jí)。這些材料在OTFTs中均表現(xiàn)出良好的電子傳輸性能。其中，化合物3a的最大電子遷移率達(dá)到0.1 cm2 V-1 s-1。其薄膜所具有的相連續(xù)層狀結(jié)構(gòu)與高度的結(jié)晶性是獲得良好性能的重要條件。
　?。?）論文第三章設(shè)計(jì)與合成了基于三

4、氟甲基取代的噻吩并[3,4-b]噻吩-2-羧酸乙酯構(gòu)筑塊的共軛聚合物PBDT-TTCF3與PPDA-TTCF3以及未引入三氟甲基的參比聚合物PPDA-TT。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表征并結(jié)合理論計(jì)算，對(duì)比研究了這些聚合物的光學(xué)與電化學(xué)性質(zhì)。三氟甲基引入噻吩并[3,4-b]噻吩基聚合物中，能降低材料的前線分子軌道能級(jí)。在與三氟甲基取代的噻吩并[3,4-b]噻吩相鄰的主鏈位置上引入炔鍵，能有效地減小三氟甲基的空間位阻效應(yīng)對(duì)主鏈共軛平面性的不利影響?；赑P

5、DA-TTCF3作為給體材料，PCBM為受體材料的本體異質(zhì)結(jié)OSCs器件的開路電壓為0.93 V。
　?。?）論文第四章設(shè)計(jì)與合成了基于噻吩并吡咯二酮（TPD）與異靛藍(lán)（iI）缺電子構(gòu)筑塊的無(wú)規(guī)共聚物（PR-TiI、PR-2TiI與PR-TVTiI）。研究了TPD與iI為等化學(xué)計(jì)量比時(shí)，引入不同的推電子單元對(duì)聚合物的光學(xué)、電化學(xué)性質(zhì)等的影響。這些聚合物在400~750 nm可見波長(zhǎng)范圍內(nèi)均具有良好的光吸收性能以及具有適合作為給體材

6、料的前線分子軌道能級(jí)。初步測(cè)得基于聚合物PR-TiI與PCBM共混活性層的OSCs器件能量轉(zhuǎn)換效率為1.75％。
　?。?）論文第五章設(shè)計(jì)與合成了基于N-烷基化苯并二吡咯烷酮的單體（M1，M3）以及聚合物（P1，P3，P5）與基于N-?；讲⒍量┩橥膯误w（M2，M4）與聚合物（P2，P4，P6）。電化學(xué)測(cè)試與理論計(jì)算結(jié)果均表明，在苯并二吡咯烷酮構(gòu)筑塊的內(nèi)酰亞胺的氮原子上引入?；?，能較明顯降低體系的LUMO能級(jí)（~0.3 e