具有大π結(jié)構(gòu)新型有機(jī)太陽能電池受體材料的研制.pdf

1、相對于傳統(tǒng)的硅基太陽能電池,有機(jī)太陽能電池由于其具有柔性、可溶液加工、化學(xué)結(jié)構(gòu)可控、制作工序簡單等優(yōu)點,已經(jīng)成為學(xué)者們的研究熱點。有機(jī)太陽能電池活性層的材料一般包含電子給體和電子受體材料兩大類。在過去10年間,電子給體材料的開發(fā)非常熱門,并取得了很大進(jìn)步,得到種類繁多的優(yōu)秀材料。但在受體材料研制方面,進(jìn)展不大。目前電子受體材料主要是富勒烯的衍生物,其價格昂貴,合成困難。本論文工作希望通過合成具有較大π共軛體系缺電子的有機(jī)小分子化合物,并

2、對其側(cè)鏈進(jìn)行改性,以調(diào)控其溶解性能和分子自組裝能力,得到有利于載流子傳輸?shù)哪蹜B(tài)結(jié)構(gòu),從而開發(fā)優(yōu)秀的非富勒烯類受體材料。除此之外,本論文還開發(fā)了一種基于缺電子共軛聚合物的具有離子檢測功能的熒光分子探針。以下從三個方面介紹本研究的具體內(nèi)容。
　　1.苝酰亞胺衍生物是一類優(yōu)秀的具有大π共軛體系的電子受體材料,但由于溶解性差和凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)不夠理想的缺點,限制了其廣泛應(yīng)用。本研究首次在其港灣(bay)位四個位置上和 N原子位上引入一系列不同

3、長度的烷基鏈和寡聚氧化乙烯鏈,成功地提高了苝酰亞胺分子的溶解性并得到了一些具有液晶態(tài)的化合物,有些化合物分子在一定條件下可以組裝成規(guī)整的結(jié)構(gòu)。隨后將其應(yīng)用于場效應(yīng)晶體管,測試了其載流子遷移率。
　　2.通過一系列的合成過程,得到了具有大π共軛體系缺電子的六氮雜苯并菲衍生物。其剛性分子內(nèi)核外圍通過氧原子連接的六個相同的烷基鏈能提高分子的溶解性,并且由于分子具有很高的對稱性,期望通過進(jìn)一步的分子間偶聯(lián)反應(yīng),能獲得具有良好性能的盤狀液晶

4、,并作為一種優(yōu)良的電子受體材料應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池。另外,期望利用該分子內(nèi)部三個絡(luò)合位點,通過絡(luò)合金屬離子改善其電子傳輸性能。雖然該分子還有待進(jìn)行最后的分子內(nèi)關(guān)環(huán),但在其合成過程中發(fā)現(xiàn)的一種具有很強熒光效應(yīng)的中間產(chǎn)物,為本研究第三部分熒光聚合物的合成提供了思路。
　　3.在第二部分工作的啟發(fā)下,通過一系列反應(yīng)合成了主鏈皆為缺電子基團(tuán)的苯并噻二唑和吡啶的交替聚合物。由于親水性寡聚氧化乙烯側(cè)鏈的存在,該聚合物能微溶于水且易溶于四氫呋喃

5、。通過熒光光譜的測試發(fā)現(xiàn),該分子在四氫呋喃與水的混合溶劑中顯現(xiàn)出較強的熒光性能,并且聚合物主鏈中苯并噻二唑和吡啶基團(tuán)均含有可能絡(luò)合金屬離子的N原子。通過離子滴定實驗發(fā)現(xiàn):對于Cu2+、Fe2+、Fe3+、Co2+等離子具有明顯熒光淬滅效應(yīng),其中尤以Cu2+離子熒光淬滅常數(shù)最大,但對Na+、K+、Mg2+等離子不能淬滅。這說明其具有一定的離子選擇性,可以作為一種性能較好的熒光分子探針。并且聚合物缺電子的結(jié)構(gòu)也使其有應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池受體