吡咯并吡咯二酮給、受體的設(shè)計(jì)合成及應(yīng)用.pdf

1、吡咯并吡咯二酮(DPP)原是一種染料，也是經(jīng)典的缺電子材料。有著較寬的吸收光譜，光穩(wěn)定性好，烷基修飾后有很好的溶解性;在聚合物晶體管材料和有機(jī)太陽(yáng)能電池材料中有著廣泛的應(yīng)用。
　　DPP的給體材料研究的比較多，目前基于DPP的小分子給體材料的太陽(yáng)能電池的最高效率已經(jīng)超過(guò)了7％。DPP單元的LUMO能級(jí)較低，具有很好的光譜吸收。近年來(lái)，用作電子受體材料替代富勒烯的研究也引起了科學(xué)家的興趣。
　　在DPP受體材料方面，雖然從20

2、10年以來(lái)不斷有很多報(bào)道，但是效率都不太高。DPP分子呈高度平面性，比較容易結(jié)晶，在活性層中往往形成較大面積的結(jié)晶，不利于激子的有效分離。在減弱DPP分子在活性層中的自聚方面，課題組做了一些前期工作。2015年，課題組首次報(bào)道了基于螺芴(SF)為核的DPP受體小分子，其中以異辛基修飾的(SF-DPPEH)，以P3HT作為給體材料;制作光伏器件得到光電轉(zhuǎn)化效率PCE高達(dá)3.63％，對(duì)于DPP受體來(lái)說(shuō)是個(gè)很大的突破。研究表明螺芴使整個(gè)分子呈

3、十字交叉型結(jié)構(gòu)，一方面有利適當(dāng)?shù)膲褐艱PP分子的自聚;另一方面分子中兩個(gè)互相垂直的平面能保持一定的結(jié)晶，有利于改善活性層的電子傳輸。然而進(jìn)一步分析我們發(fā)現(xiàn)(SF-DPPEH)的吸收光譜與給體材料P3HT有較大的重合，沒(méi)有形成吸收光譜的互補(bǔ)?？梢灶A(yù)見(jiàn)繼續(xù)拓寬SF-DPPEH的吸收光譜，可以很好的和P3HT的吸收光譜形成互補(bǔ)，大幅改善活性層的吸收光譜，從而提高器件的短路電流（Jsc）。為此在性能優(yōu)越的SF-DPPEH的基礎(chǔ)上，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修

4、飾，在DPP的末端引入并環(huán)，期望拓寬其吸收光譜，并提高其結(jié)晶性。
　　在這里對(duì)DPP進(jìn)一步修飾，在其噻吩環(huán)上分別連接萘、苯并呋喃、苯并噻吩得到了端基修飾的三個(gè)分子SF(DPPN)4、SF(DPPBF)4、SF(DPPBT)4。一方面，和上述提到的一樣，十字交叉結(jié)構(gòu)能夠有效減弱其成膜時(shí)分子的自聚;另一方面，三個(gè)并環(huán)化合物修飾的DPP分子的共軛程度有所增加;從而拓寬了其吸收光譜。
　　通過(guò)紫外光譜發(fā)現(xiàn)，新合成的三個(gè)分子相較于SF

5、(DPPEH)4的吸收明顯拓寬約30nm，和預(yù)測(cè)的一致。初步測(cè)試，SF(DPPN)4的光電轉(zhuǎn)化效率PCE為1.15％。
　　為了拓展DPP在非富勒烯受體材料中的應(yīng)用，還用DPP單體和萘酰亞胺(NDI)與噻吩雙錫聚合，通過(guò)調(diào)節(jié)DPP和NDI的比例，合成了四種DPP類聚合物受體材料。通過(guò)紫外吸收光譜發(fā)現(xiàn)，它們?cè)?00-800nm之間都有有良好的吸收。而且它們的吸收光譜隨著DPP含量的變化而明顯改變。DSC測(cè)試顯示四個(gè)聚合物都有良好的結(jié)