吡咯并吡咯二酮給、受體的設計合成及應用.pdf

1、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太陽能電池材料中有著廣泛的應用。
　　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能電池的最高效率已經(jīng)超過了7％。DPP單元的LUMO能級較低，具有很好的光譜吸收。近年來，用作電子受體材料替代富勒烯的研究也引起了科學家的興趣。
　　在DPP受體材料方面，雖然從20

2、10年以來不斷有很多報道，但是效率都不太高。DPP分子呈高度平面性，比較容易結晶，在活性層中往往形成較大面積的結晶，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，課題組做了一些前期工作。2015年，課題組首次報道了基于螺芴(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化效率PCE高達3.63％，對于DPP受體來說是個很大的突破。研究表明螺芴使整個分子呈

3、十字交叉型結構，一方面有利適當?shù)膲褐艱PP分子的自聚;另一方面分子中兩個互相垂直的平面能保持一定的結晶，有利于改善活性層的電子傳輸。然而進一步分析我們發(fā)現(xiàn)(SF-DPPEH)的吸收光譜與給體材料P3HT有較大的重合，沒有形成吸收光譜的互補?？梢灶A見繼續(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，大幅改善活性層的吸收光譜，從而提高器件的短路電流（Jsc）。為此在性能優(yōu)越的SF-DPPEH的基礎上，對其結構進行修

4、飾，在DPP的末端引入并環(huán)，期望拓寬其吸收光譜，并提高其結晶性。
　　在這里對DPP進一步修飾，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分子SF(DPPN)4、SF(DPPBF)4、SF(DPPBT)4。一方面，和上述提到的一樣，十字交叉結構能夠有效減弱其成膜時分子的自聚;另一方面，三個并環(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。
　　通過紫外光譜發(fā)現(xiàn)，新合成的三個分子相較于SF

5、(DPPEH)4的吸收明顯拓寬約30nm，和預測的一致。初步測試，SF(DPPN)4的光電轉化效率PCE為1.15％。
　　為了拓展DPP在非富勒烯受體材料中的應用，還用DPP單體和萘酰亞胺(NDI)與噻吩雙錫聚合，通過調節(jié)DPP和NDI的比例，合成了四種DPP類聚合物受體材料。通過紫外吸收光譜發(fā)現(xiàn)，它們在300-800nm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測試顯示四個聚合物都有良好的結