具有光活性的電子給體-受體雙纜型共軛聚合物的設(shè)計(jì)、合成和性能研究.pdf

1、聚合物太陽能電池(polymer solar Cells,PSCs)采用共軛導(dǎo)電聚合物作為光活性材料，加工簡(jiǎn)單，成本低廉，同時(shí)具有可制造柔性和大面積光伏器件的優(yōu)點(diǎn)，近年來一直成為國(guó)際研究熱點(diǎn)。聚合物太陽能電池中作為電子給體(donor)的共軛聚合物和作為電子受體(acceptor)的富勒烯材料的性質(zhì)是影響電池性能的重要因素，而給體和受體材料的能帶匹配、相容性及相分離尺寸的控制則是設(shè)計(jì)聚合物太陽能電池的光活性材料所需考慮的核心問題。本論文

2、從合成新型的富勒烯/共軛聚合物分子異質(zhì)結(jié)復(fù)合結(jié)構(gòu)的的研究思路出發(fā)，開展了以下幾個(gè)方面的工作：
　　 (1)合成了一種由 C60和戊基雙取代的帶支鏈的給體/受體型(donor/acceptor，D/A)聚乙炔衍生物（PA-C60）并對(duì)其電子性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和薄膜表面形貌進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明PA-C60 在常用溶劑中有較好的溶解性。我們首次發(fā)現(xiàn)C60的取代使得雙取代的乙炔單體的聚合過程顯著加快，并且在很短的時(shí)間內(nèi)就可反應(yīng)完畢（不

3、超過1.5 min），并對(duì)于此現(xiàn)象提出了相應(yīng)的解釋。
　　 (2)通過簡(jiǎn)單的三步后聚合反應(yīng)，合成了一種可控含量C60 取代的電子給體-|D-受體(donor-|D-acceptor)雙纜型聚己基噻吩（P3HT）衍生物C60-Ph-P3HT，該結(jié)構(gòu)中富勒烯和噻吩的連接是通過苯環(huán)結(jié)構(gòu)作為橋梁實(shí)現(xiàn)的。我們對(duì)C60-Ph-P3HT的分子結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)、分子排列和薄膜表面形貌進(jìn)行了一系列的表征，熒光光譜表征結(jié)果表明C60的取代對(duì)于P3HT

4、的熒光強(qiáng)度的淬滅可達(dá)到98％，AFM 研究表明C60-Ph-P3HT薄膜的表面粗糙度均大于未取代的P3HT。綜合此兩方面的性質(zhì)，我們提出C60-Ph-P3HT 可以作為一種新型的光活性材料應(yīng)用于聚合物太陽能電池中。
　　 (3)利用后聚合反應(yīng)合成了一種新型的芘（pyrene）修飾的聚己基噻吩（P3HT）衍生物Pyrene-P3HT，并利用Pyrene-P3HT 對(duì)單壁碳納米管(SWNTs)進(jìn)行了不同比例的非共價(jià)修飾制備出SWNT

5、/Pyrene-P3HT 復(fù)合結(jié)構(gòu)，深入研究了復(fù)合結(jié)構(gòu)中SWNT和Pyrene-P3HT之間的非共價(jià)相互作用。紫外-可見吸收光譜、拉曼光譜和電子順磁共振光譜電化學(xué)研究揭示了Pyrene-P3HT中的P3HT 通過芘單元與SWNTs 發(fā)生電子相互作用。熒光光譜表征表明SWNTs的復(fù)合導(dǎo)致Pyrene-P3HT的熒光強(qiáng)度發(fā)生了將近100％的淬滅，證實(shí)了P3HT與SWNTs之間可以通過芘單元發(fā)生光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移。對(duì)SWNT/Pyrene-P3H