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《上海师范大学》 2015年
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含苝二酰亚胺(PDIs)单元的有机半导体材料的合成、表征及其应用

李盼盼  
【摘要】:富勒烯及其衍生物是一类重要的n-型电子受体材料,在有机太阳能电池器件中发挥了至关重要的作用。但是,由于富勒烯材料吸收波长范围较窄、亲和能高、溶解性差等,严重限制了富勒烯作为有机太阳能电池n-型电子受体材料的更广泛应用和器件性能的进一步提升。相反,非富勒烯n-型有机电子受体材料具有能级可调、合成简便、溶解性能优异、加工成本低等特点,更重要的是,此类材料比富勒烯及其衍生物材料具有更加宽广的可见光吸收范围,能吸收更多的太阳光并将其转化为电能。因此近年来该类材料受到越来越多的关注和研究。作为一维(1D)和二维(2D)n-型电子受体纳米材料典型代表的碳纳米管和石墨烯,具有高电导率和热导率、高载流子迁移率等优异的电学性能。因此,两者在有机太阳能电池的光活性层及透明电极等方面具有重要应用价值。但是,目前它们在太阳能电池领域的应用和研究还处于初期阶段,制备技术仍处于工艺较复杂、成本较高的阶段;现有制备方法所制得的石墨烯薄膜和碳纳米管都存在较多的缺陷;单纯使用物理方法或是单纯使用化学方法进行提纯,都存在各自无法解决的问题。这将会降低电子传输能力,增加激子复合机率,进而无法显著提高电池光电转换效率。因此,针对上述情况,我们开展了以下两个方面的研究工作。首先,为有效开启石墨烯的电子能隙和解决制备困难的问题,本文通过原子精度可控的有机合成方法,设计并合成了一类新型类石墨烯纳米带。即以乙烯基为桥梁,苝二酰亚胺(PDIs)为子单元的PDIs寡聚物(PDI二聚物、PDI三聚物和PDI四聚物)。由于PDI子单元之间空间位阻的原因,PDI寡聚物分子形成螺旋结构,这种非平面的分子结构有效地增加了其与供电子材料的接触面接,大大提高有机太阳能电池的光电转化效率。紫外-可见(UV-Vis)光谱表明,PDIs四聚体的最大吸收波长有明显的红移。PDI寡聚物分子作为有机太阳能电池的活性n-型电子受体材料,其二聚体的光电转化效率(PCE)是6.05%。此外,为得到直径单一,尺寸可控的碳纳米管,我们尝试合成了类碳纳米管的生长模板——即含有PDI单元的类环对苯撑(CPPs)化合物——tiaras和crowns。这是首次设计并合成的将电子受体分子融合到环分子中,并成功地利用高效液相色谱(HPLC)分离出目标分子,并研究了分子手性等特性。
【学位授予单位】:上海师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:O649.5

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