新型富勒烯吡咯类受体材料的合成与性质研究

作     者：张超 

作者单位：华中师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李盛彪

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：有机太阳能电池 受体材料 富勒烯吡咯 聚芴 合成 性质 

摘      要：从富勒烯第一次被发现与分离,因为其笼状结构,他展示了特殊的光电性质。现在,以富勒烯作为受体材料与一系列的共轭聚合物作为给体材料制备的体异质结太阳能电池的光电转化效率有较大提高。在此基础上,大量宽吸收、窄能隙的D-A型共轭共聚物被合成,他们有好的溶解度以及小的能隙,并且通过能级的调节使其与受体材料能级相匹配,因此使得器件光电转换效率大幅提升。但是,对于受体材料的研究却不甚多,是因为n-型富勒烯衍生物作为受体材料有以下要求：好的溶解度,与给体材料匹配的能级以及宽的吸收峰。 在本文中,我们通过Prato反应设计合成了六种模型化合物,分别是ThC60、PhC60、PyC60、PFThC60、OPFThC60和PF-co-PC60。通过光吸收、热重分析、循环伏安法、原子力显微镜、扫描电子显微镜以及其他测试,结果显示其中部分目标产物能很好的作为有机太阳能电池的受体材料。 首先,PyC60、PyC60、ThC60这三种化合物显示了不同的溶解度。PyC60、PyC60在甲苯中有有限的溶解度,而ThC60却能够很好的溶解于四氢呋喃,甲苯,二氯甲烷等溶剂中。三种化合物的吸收与C60相似,其LUMO能级比PCBM有所提高。以ThC60为受体材料的器件的光电转换效率达到0.79% 其次,PFThC60在甲苯中有有限的溶解度,而OPFThC60则在常见溶剂中有较好的溶解度,OPFThC60溶解度的增加可能是由于含有烷基链,且含有烷基链的芴基引入到ThC60上也改变了相分离形貌。结果进一步显示,以富勒烯吡咯作为受体的形貌质量与体异质结太阳能电池的光电转换效率紧密相连。以OPFThC60为受体材料的器件的光电转换效率达到2.80%。 最后,我们以聚芴为主链,通过吡咯环连接C60得到了双缆型结构的聚合物。此聚合物形成了以聚合物为空穴传输轨道,以富勒烯为电子传输轨道的双通道。它的能级和聚芴能级相似。其在常见有机溶剂中溶解度较差。我们观察了其微观结构,发现了其内部的颗粒状结构。 富勒烯吡咯展现了作为体异质结太阳能电池受体材料的潜力。