论文部分内容阅读
本论文主要设计合成了一系列以噻唑并引达省(IDTz)为核心的A-D-A型有机小分子太阳能电池受体材料,并对其光物理和电化学性质进行了研究。本文的主要工作分为以下两部分内容:在第一部分工作中以不同的烷基链取代的噻唑并引达省(IDTz)为核心,通过Stille偶联与吡咯并吡咯二酮衍生物反应合成了四个结构为A-D-A型(Acceptor-Donor-Acceptor)的非富勒烯有机小分子太阳能电池受体材料:IDTzC12DPP(以十二烷基取代的噻唑并引达省为核心D、以噻吩取代的吡咯并吡咯二酮为A)、IDTzC12NDPP(以十二烷基取代的噻唑并引达省为核心D、以噻唑取代的吡咯并吡咯二酮为A)、IDTzEHNDPP(以异辛基取代的噻唑并引达省为核心D、以噻唑取代的吡咯并吡咯二酮为A)和IDTzC6NDPP(以己基取代的噻唑并引达省为核心D、以噻唑取代的吡咯并吡咯二酮为A)。目标化合物的结构和纯度都得到了核磁共振和质谱的检测。由于四个分子的共轭骨架非常相似,在薄膜状态下四个分子显示出相似的紫外可见吸收光谱,它们的光学带隙分别为1.74 eV、1.74 eV、1.71 eV和1.73 eV,没有很明显的差别。由于噻唑的吸电子能力强于噻吩,以噻唑取代的DPP为封端基团的三个分子较以噻吩取代的DPP为封端基团的分子的HOMO和LUMO能级都略有降低。IDTzC12DPP和IDTzEHNDPP两个分子的成膜性不好导致无法测其器件效率;而分子IDTzC12NDPP的成膜性比上述两个分子有所改善,与给体P3HT共混时效率为0.6%。在第二部分工作中设计合成了两个二维共轭的A-D-A(Acceptor-donor-Acceptor)型的非富勒烯有机小分子太阳能电池受体材料。通过Corey-Fuchs反应、偶联反应等合成了二维共轭核心给体(donor)单元,最后通过一步Stille偶联反应分别与两个的受体(acceptor)单元吡咯并吡咯二酮(DPP)衍生物和异靛青(IID)连接合成了IDTzNDPP(以异辛基噻吩取代的噻唑并引达省为D、以噻唑取代的吡咯并吡咯二酮为A)和IDTzIID(以异辛基噻吩取代的噻唑并引达省为D、以异靛青为A)两个分子。目标化合物的结构和纯度都得到了核磁共振和质谱的检测。由于二维共轭增大了分子的共轭体系,分子IDTzNDPP较IDTzC12NDPP的HOMO和LUMO能级都略有所提高。且在薄膜中的最大吸收峰红移46 nm且拓宽,光学带隙从1.74 eV减小到1.55 eV。分子DTzNDPP的HOMO与LUMO能级较分子IDTzIID略有所降低,IDTzNDPP在薄膜中的最大吸收峰比IDTzIID红移39 nm且拓宽。本文通过调节不同的封端基团有效的改变了目标化合物的光谱吸收范围以及能级的高低。