【摘 要】
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吡咯并吡咯二酮(Diketopyrrolopyrrole,DPP)及其衍生物具有宽吸收光谱、良好的热稳定性、较强的可设计性等特点,被广泛应用于聚合物太阳能电池、有机发光二极管、有机半导体、有机光电探测器等领域。DPP小分子凭借其色泽鲜艳、着色力强、光热稳定性良好、荧光性强等特点,在高性能染料领域也有较多的应用。常规的DPP类染料呈现鲜艳的红色,吸收光谱主要集中在可见光区,鉴于其高度共轭的发色团结构
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吡咯并吡咯二酮(Diketopyrrolopyrrole,DPP)及其衍生物具有宽吸收光谱、良好的热稳定性、较强的可设计性等特点,被广泛应用于聚合物太阳能电池、有机发光二极管、有机半导体、有机光电探测器等领域。DPP小分子凭借其色泽鲜艳、着色力强、光热稳定性良好、荧光性强等特点,在高性能染料领域也有较多的应用。常规的DPP类染料呈现鲜艳的红色,吸收光谱主要集中在可见光区,鉴于其高度共轭的发色团结构和可设计性,在此基础上进行改性,有望得到吸收光谱集中在近红外光区的荧光染料。在有机光电领域,DPP类衍生物的应用常常受制于其较差的溶解性,通过对其发色团上的氮氢取代,成为了改善溶解性的有效方法;通过选择合适的取代基,可以方便的调控DPP类衍生物的溶解性,进而拓展该类材料在有机光电领域的应用。本文基于DPP结构,首先研究了小分子化合物高效的合成方法,制备出一类可见光区吸收较弱而在近红外光区具有强吸收的染料分子,然后设计合成了一种DPP结构单元上柔性侧基可脱除的给(D)-受体(A)型聚合物,研究了该聚合物柔性侧基脱除前后的光物理性质及分别用于光电探测器活性层与空穴传输层对器件性能的影响。主要内容及结论如下:(1)在DPP分子结构的两侧引入芳杂环,得到D-A-D型小分子,对该分子进行三氟化硼的配位,通过调控芳杂环的给电子能力及配位作用,调控分子的能级,获得一类可见光区吸收较弱、近红外光区强吸收的DPP类染料分子(PPCy),其最大吸收峰位于784nm,摩尔消光系数可达3.7×10~5 L·mol-1·cm-1。另外,本文通过优化反应,采用中间体法,将文献报道的PPCy类分子的合成产率由5%提高至69%。(2)设计合成DPP两侧含有噻吩的受体材料,并在吡咯环的N原子处引入热脱去的柔性基团—叔丁氧羰基以改善DPP衍生物的溶解性。将带有保护基的DPP单体与2,5-双(三甲基锡基)噻吩通过stille偶联反应制备给-受体聚合物P1。通过热重分析发现P1在160℃的温度下会发生叔丁氧羰基的脱除,得到不溶的聚合物P2,P1和P2薄膜的吸收峰均在600-1000 nm的波段范围内。(3)将聚合物P1与P2分别作为光电探测器的活性层与空穴传输层的材料,制备得到对应的光电探测器PPD-1与PPD-2,研究了两种聚合物作为活性层和空穴传输层材料对光电探测器性能的影响。器件PPD-1与PPD-2的最大归一化探测率分别为8.20×1011Jones与3.96×1012 Jones,其中器件PPD-2的暗电流密度为3.84×10-9 A/cm~2,性能超越了以常规的空穴传输层材料PEDOT:PSS制备的对照组器件。
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