具有光活性的電子給體-受體雙纜型共軛聚合物的設計、合成和性能研究.pdf

1、聚合物太陽能電池(polymer solar Cells,PSCs)采用共軛導電聚合物作為光活性材料，加工簡單，成本低廉，同時具有可制造柔性和大面積光伏器件的優(yōu)點，近年來一直成為國際研究熱點。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計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結復合結構的的研究思路出發(fā)，開展了以下幾個方面的工作：
　　 (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）并對其電子性質、光學性質和薄膜表面形貌進行了系統(tǒng)的研究。結果表明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，并且在很短的時間內就可反應完畢（不

3、超過1.5 min），并對于此現(xiàn)象提出了相應的解釋。
　　 (2)通過簡單的三步后聚合反應，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，該結構中富勒烯和噻吩的連接是通過苯環(huán)結構作為橋梁實現(xiàn)的。我們對C60-Ph-P3HT的分子結構、電子性質、分子排列和薄膜表面形貌進行了一系列的表征，熒光光譜表征結果表明C60的取代對于P3HT

4、的熒光強度的淬滅可達到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，我們提出C60-Ph-P3HT 可以作為一種新型的光活性材料應用于聚合物太陽能電池中。
　　 (3)利用后聚合反應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 對單壁碳納米管(SWNTs)進行了不同比例的非共價修飾制備出SWNT

5、/Pyrene-P3HT 復合結構，深入研究了復合結構中SWNT和Pyrene-P3HT之間的非共價相互作用。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的復合導致Pyrene-P3HT的熒光強度發(fā)生了將近100％的淬滅，證實了P3HT與SWNTs之間可以通過芘單元發(fā)生光誘導電子轉移。對SWNT/Pyrene-P3H