富勒烯類電子傳輸功能材料的合成與性能研究.pdf

1、作為一類典型的n型電子傳輸材料，C60類衍生物廣泛應用于場效應晶體管，聚合物薄膜太陽能電池和光捕集天線等領域。特別是在聚合物薄膜太陽能電池中，其與目前常用的電子給體聚合物P3HT或MEH-PPV都具有良好的能級匹配。但是C60在有機溶劑中的溶解性較差，從而影響了他們在聚合物薄膜太陽能電池中的應用。另一方面C60的電子LUMO能級相對較低，容易受到空氣中氧氣和水的進攻，使得以這些化合物為有機層的有機場效應晶體管在空氣中的穩(wěn)定性也相應的比較

2、差。因此我們將開發(fā)一系列具有良好的溶解性、空氣穩(wěn)定性和電子傳輸性能的C60類電子傳輸功能材料。 本論文設計合成了兩個新穎的含有全氟辛基的亞甲基C60衍生物A11和A12，分別對其光學、電化學、量子化學和場效應晶體管性能進行了表征。電化學測試結果表明A11和A12都具有較低的LUMO能級，其中A11的LUMO能級低于目前廣泛應用的C60衍生物PCBM，因而具有更好的電子接受能力。此外，我們還成功的制備了兩種襯底溫度下基于這兩個化合

3、物的場效應晶體管并且進行了器件測試，其中在襯底溫度為100℃時A11的電子遷移率達到了6.7×10-2cm2/V·s，開關電流比高達5×107。因此，通過引入全氟鏈可以明顯的提高化合物的電子傳輸性能。 設計合成了兩個新穎的含烷基鏈和全氟鏈的亞甲基C60衍生物B11和B12，其光學性質和電化學性質被詳細研究，測試結果表明他們具有相對較好的溶解性，可以實現對MEH-PPV高效的熒光淬滅，并且他們的LUMO能級與PCBM相近，因而具有

4、較好的電子接受能力。同時，我們還成功的把他們與聚合物P3HT混合制作了聚合物薄膜太陽能電池，其結果表明以B12和P3HT為光電活性層的電池的短路電流和能量轉換效率都超過了相同條件下以PCBM為電子受體的電池效果，短路電流達到了11.37mA/cm2，能量轉換效率高達3.42％。初步的研究表明B12是一個良好的電池受體材料。 設計合成了一系列新穎的含不同長度烷基鏈的吡咯五元環(huán)C60衍生物C4-C7，通過溶解性測試表明他們在有機溶劑