氟代苝酰亞胺電子傳輸材料的研究.pdf

1、該論文從分子設(shè)計和材料設(shè)計入手,在傳統(tǒng)的有機n型材料——苝酰亞胺分子上引入多個強電負性的氟原子,研究氟代作用對苝酰亞胺能級結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、溶解性和穩(wěn)定性的影響,并最終影響其光電性能的方式和機理.利用3,4,9,10-苝四羧基二酐(PTDA)和氟代一級胺的親核反應(yīng),合成了兩種氟代苝酰亞胺:一種是氟代芳香烴基取代的苝酰亞胺,即N,N'一二(五氟代苯基)-3,4,9,10-苝四羧基二酰亞胺(DFPP),另一種是氟代烷烴基取代的苝酰亞胺,即N

2、,N'-二(1,1-二氫十五氟代辛基)-3,4,9,10-苝四羧基二酰亞胺(DFOP),利用元素分析、FTIR、NMR等方法表征了它們的分子結(jié)構(gòu),循環(huán)伏安(CV)法測試得到DFPP和DFOP的LUMO能級為-4.37和-4.26 eV,分別比相應(yīng)的未氟代苝酰亞胺的LUMO能級低0.14和0.07 eV,值得注意的是,DFPP和DFOP在CV曲線上第一個氧化還原峰的半波電位,比O2的半波電位還高,說明DFPP和DFOP都是在空氣中穩(wěn)定的有

3、機電子受體;另外由于DFPP的LUMO能級很低,它在DMF溶液中能與DMF分子發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移作用,得到一個電子形成的自由基陰離子可以在空氣中穩(wěn)定存在;同時,氟代作用還使苝酰亞胺的極性增加,溶解度提高,其中DFPP在普通溶劑如甲苯、氯仿中的溶解度高達千分之幾(重量比).用UV-Vis吸收光譜和熒光光譜、分子構(gòu)象模擬、CV、原子力顯微鏡(AFM)和掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)等手段研究了氟代作用對苝酰亞胺薄膜聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的影響.采用

4、空間電荷限制電流(SCLC)法、準穩(wěn)態(tài)注入渡越時間(QTOF)法和有機場效應(yīng)管(OFET)等多種方法測試DFPP和DFOP旋涂薄膜和真空蒸鍍薄膜的電子遷移率,初步實驗結(jié)果表明.用DFPP與有機p型材料,聚(N-乙烯基咔唑)(PVK)共混溶液制成的DFPP-PVK(1:80,by wt.)薄膜,在充正電和充負電情況下,光敏性分別為0.345和0.417 cm2/μJ,已接近于實用化水平,造成這一現(xiàn)象的原因是,DFPP與PVK形成了D-A復(fù)

5、合物,以及DFPP分子在薄膜中可能形成了電子傳輸通道,由此使DFPP-PVK薄膜具有高的光致激子分離效率和良好的電子傳輸能力;在聚(3-己基噻吩)(P3HT)薄膜中加入少量的DFPP或DFOP(1 wt％)作為電子受體,可以通過光致電荷轉(zhuǎn)移作用,有效地提高有機太陽能電池的光電流,但使光電壓下降,原因是氟代苝酰亞胺在提高光致激子分離效率的同時,卻破壞了P3HT與電極之間的肖特基勢壘;當氟代苝酰亞胺與P3HT的比例為1:1(重量比)時,有機