吡咯烷基富勒烯衍生物：制備、表征及光伏性能研究.pdf

1、富勒烯C60、C70具有還原電位低，重組能低等優(yōu)點(diǎn)，因此理論上是理想的電子受體材料。但由于其溶解性差、易聚集，實(shí)際應(yīng)用中一般以富勒烯衍生物例如PCBM、ICBA等作為受體材料。其中，PCBM是目前應(yīng)用最為廣泛的聚合物太陽(yáng)能電池的受體材料，基于PC71BM的聚合物電池的效率最高可達(dá)11.3％。近年來，多種新型富勒烯衍生物被合成出來并報(bào)道，它們大多具有合成路線簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良等特點(diǎn)，有望取代PCBM成為新一代的聚合物太陽(yáng)能電池受體材料。

2、>　　吡咯烷基富勒烯是一類典型的富勒烯衍生物，其合成相對(duì)簡(jiǎn)單，LUMO能級(jí)較高，理論上是一類較好的電子受體材料。但是到目前為止，關(guān)于性能優(yōu)良的吡咯烷基富勒烯電子受體材料的報(bào)道相對(duì)較少。本文通過1,3-偶極環(huán)加成的方法合成了一系列吡咯烷基富勒烯衍生物（FPx），并用質(zhì)譜（MALDI-TOF mass）,核磁氫譜（1H NMR）,吸收光譜（UV-vis absorption spectrum）,循環(huán)伏安（Cyclic voltammogra

3、m）,熱重分析（Thermogravimetric analysis），DFT-計(jì)算等手段清楚的表征了它們的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果顯示具有不同取代基的吡咯烷基富勒烯具有非常相似的吸收光譜，電化學(xué)性質(zhì)、熱穩(wěn)定性以及LUMO能級(jí)。為了確定并比較具有不同取代基的吡咯烷基富勒烯的光伏性能，我們以這些衍生物作為受體材料構(gòu)筑聚合物太陽(yáng)能電池。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，具有不同取代基的吡咯烷基富勒烯的光伏性能明顯不同。其中，N-苯基取代衍生物的光伏性能明顯優(yōu)于

4、 N-甲基取代衍生物，以其作為受體材料構(gòu)筑的電池顯示了相對(duì)較高的光電轉(zhuǎn)換效率，最高可達(dá)3.19%，比較接近基于 PC61BM的電池效率3.31%。我們進(jìn)一步用原子力顯微鏡（Atomic force microscopy），透射電鏡（Transmission electron microscopy）以及X-射線衍射（X-ray diffraction）表征了光活性層的形貌，并用空間電荷限制電流（Space charge limited c

5、urrent）器件的方法表征了具有不同取代基的衍生物的電子遷移率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：與 N-甲基取代衍生物相比，N-苯基取代衍生物顯示較高的電子遷移率以及較好的與聚合物的混合性，因此可以很好的解釋后者良好的光伏性能。我們由此得出結(jié)論：適當(dāng)?shù)倪x擇取代基的類型可以有效的改善富勒烯衍生物的光伏性能。
　　此外，本論文工作還合成了具有較高LUMO能級(jí)的二加成吡咯烷基富勒烯衍生物和吡咯烷基C70衍生物。并嘗試以它們作為電子受體材料構(gòu)筑聚合物太陽(yáng)