螺結(jié)構(gòu)型酰亞胺與酰胺類非富勒烯型小分子受體材料.pdf

1、非富勒烯型小分子受體材料由于可以通過簡(jiǎn)單的合成修飾結(jié)構(gòu)來有效調(diào)控材料的HOMO/LUMO能級(jí)結(jié)構(gòu)、拓寬光譜吸收、改善結(jié)晶性能以及與給體材料的相容性，在有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域越來越受廣大科學(xué)家們青睞。值得注意，去年非富勒烯烯型有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率也突破了10%，已經(jīng)趕上了傳統(tǒng)的富勒烯型電池的發(fā)展。
　　有些自聚集比較強(qiáng)的受體材料，在與給體材料共混時(shí)，形成較大的相分離結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重地限制了器件的短路電流。我們課題組前期的研究發(fā)現(xiàn)，螺結(jié)構(gòu)的十字

2、構(gòu)型可以適度地抑制材料的自聚，并提高光伏效率。在本論文中，我們構(gòu)建了幾類螺型結(jié)構(gòu)的酰胺和酰亞胺小分子體系，考察了它們的基本光電性能，并把它們應(yīng)用太陽(yáng)能器件。因此，本論文在以下幾個(gè)方面展開：
　　1.以四苯基乙烯（TPE）和二芴烯（BFI）為母核，吡咯并吡咯二酮（DPP）為臂合成了兩個(gè)新型的小分子受體材料，兩個(gè)化合物的結(jié)構(gòu)得到了核磁和質(zhì)譜確認(rèn)。材料的光電性能表明，二者的光譜吸收均在400-800nm之間，熒光光譜顯示TPE-DPP分

3、子表現(xiàn)出聚集導(dǎo)致熒光淬滅（ACQ）效應(yīng)。電化學(xué)表明二者的HOMO能級(jí)分別為-5.20eV和-5.32eV，LUMO能級(jí)為-3.68eV和-3.53eV。熱重分析（TGA）顯示二者的95%失重溫度為239℃和263℃，可以滿足器件制備要求。以聚-3已基噻吩（P3HT）為給體材料，TPE-DPP為受體材料的器件性能初步測(cè)試為1.3%，還有繼續(xù)優(yōu)化的空間。
　　2.我們采用螺二噻吩（TS）作為母核，吡咯并吡咯二酮（DPP）和苝酰亞胺（P

4、DI）為臂合成了化合物 TS-DPP4和 TS-PDI4，二者的結(jié)構(gòu)得到了核磁確認(rèn)。材料的紫外可見光譜顯示二者在可見光吸收范圍內(nèi)，摩爾吸光系數(shù)分別為1.94×105M-1cm-1和1.85×105M-1cm-1。電化學(xué)測(cè)試顯示 TS-DPP4的 HOMO/LUMO能級(jí)為-5.19eV/-3.50eV，TS-PDI4的HOMO/LUMO能級(jí)為-5.62eV/-3.84eV。TGA顯示二者均有很好的熱穩(wěn)定性能。以PTB7-Th為給體，TS-

5、PDI4給受體制作太陽(yáng)能電池器件效率達(dá)到2.49%。
　　3.以螺芴（SF）為核，分別以三氟苯基封端DPP與和吡啶DPP偶聯(lián)，合成了兩個(gè)化合物SF-3FDPP和SF-PyDPP，二者的結(jié)構(gòu)得到HNMR確認(rèn)。二者的光電性能相差較大，吡啶 DPP分子的邊緣吸收峰為640nm左右，最大吸收峰為550nm，相對(duì)SF-3FDPP分子而言均藍(lán)移了大約70nm左右，且摩爾吸光系數(shù)僅為SF-3FDPP的0.6倍左右。電化學(xué)結(jié)構(gòu)顯示，三氟苯基的引入

6、對(duì)分子的能級(jí)影響較小，可能是氟原子的吸電子性和苯基的供電子性達(dá)到了均衡，對(duì)HOMO/LUMO能級(jí)影響不大。為了進(jìn)行對(duì)比，我們以噻吩和引達(dá)省并二噻吩為核，吡啶DPP為臂，合成了化合物T-PyDPP2和IDT-PyDPP2，通過HNMR確認(rèn)了其結(jié)構(gòu)。相對(duì)DPP類化合物而言，吡啶DPP的引入導(dǎo)致材料的最大吸收峰藍(lán)移至550nm左右，且摩爾吸光系數(shù)明顯降低。T-PyDPP2和 IDT-PyDPP2的HOMO/LUMO能級(jí)在-5.55eV/-3.