富勒烯衍生物的合成及光电性能研究

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随着经济的不断发展,能源问题和环境污染问题日益引起人们的重视。对于太阳能的开发利用一个比较重要的方面是太阳能电池,然而,聚合物有机太阳能电池由于其质量轻、成本低、制作简单、可制成大面积柔性材料等特点引起了人们极大的研究兴趣。基于此,它给人们提供了除晶体硅太阳能电池的另一个较好选择。   寡聚噻吩具有溶解性好,空穴传输能力强,光吸收谱带宽等优点,是一种很好的电子给体材料。富勒烯卓越的碳纳米结构,使其具有卓越的结构特点和功能特性,其非平面共轭离域大π体系决定了它具有较弱的芳香性,显示出比较特别的电化学性质,是一种很好的并且被广泛应用的电子受体材料。二者被广泛应用于聚合物有机型太阳能电池中。然而,噻吩单元和富勒烯单元之间的相容性以及富勒烯的聚集效应是影响有机太阳能电池光电转换效率的主要因素。   本文中,利用Suzuki偶联法逐步合成了具有精确长度、分子结构的噻吩齐聚物。刚性齐聚物具有简单的结构-性能关系,用于有机太阳能电池的光活性层有利于更好地了解太阳能电池的光电体系。之后利用氮卡宾反应将富勒烯和齐聚噻吩通过共价键连接在一起,得到单一分子量分布的齐聚噻吩/富勒烯共聚物Th2C60和Th4C60,能使得给体部分和受体部分在分子水平上相分离,形成双连续结构,可以有效解决它们的相分离问题,有望提高器件光电转换效率。   之后利用循环伏安和紫外-可见吸收光谱,荧光光谱以及红外光谱分析等手段研究齐聚噻吩/富勒烯共聚物的光电性能进行了研究。   另外,为了解决富勒烯在有机溶解中溶解性差的问题,提高溶解度,本文中还合成了富勒烯/芴的衍生物,通过醚化反应在富勒烯上引入烷基链,用以解决富勒烯在有机溶剂中溶解性差的问题。通过脂键将PEG引入富勒烯单元中,有望得到水溶性的富勒烯衍生物,但由于引入富勒烯的过程中,甲醇钠的碱性环境使脂键发生了断裂。   在本文中,通过1H-NMR,MALDI-TOFMS,等测试手段进行结构表征,表明合成了目标产物;通过循环伏安测试表征噻吩单元和C60在基态并无相互作用;紫外可见吸收光谱表明在300-500nm处有一个明显的吸收带,谱带变宽且发生一定的红移;荧光效应发现Th2C60有所减弱,说明发生了能量转移。
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