苝单酰亚胺类衍生物的超快动力学研究.pdf

摘要

有机太阳能电池以其轻巧、灵活、大面积制造等优点成为太阳能领域广泛研究的

热点。与无机太阳能电池相比，有机太阳能电池中激子的产生、扩散、重组以及电极

收集载流子等不确定因素导致能量转换效率含量较低，阻碍了有机太阳能电池的大规

模应用。受体材料作为有机太阳能电池中的电子传输层，其内部激子的扩散和复合过

程对于材料结构的设计具有指导性的意义。最近随着超短脉冲激光技术的不断成熟，

瞬态时间分辨光谱技术的快速发展，成为测量研究物质在激光激发后的动力学过程上

的重要工具。本文分别描述了受体材料苝单酰亚胺通过丁二炔连接的二聚体(PMI-2)和

苝单酰亚胺单体增加三苯基溴化膦和三甲氧基苯基溴化膦基团后形成的单体衍生物

TPP-PMITMOPP-PMI

、几种材料，利用飞秒时间分辨瞬态吸收技术和稳态吸收光谱技

术相结合的方法，研究了分子内部的动力学过程。具体研究工作分为以下两个部分：

第一部分，通过飞秒瞬态吸收光谱技术和稳态吸收光谱结合量子计算阐述了J型

二聚体PMI-2中混合物准分子介导的对称破却电荷分离过程的动力学。在PMI-2中发

现形成的准分子是局部激发态和电荷转移态(CT)的混合物，并且溶剂极性可以改变准

分子的组成成分比例，极性较大的二甲基甲酰胺溶液中准分子的CT比例比在氯仿溶液

中的CT比例大，CT成分较多的可以更快的实现电荷分离和电荷复合。

TPP-PMITMOPP-PMI

第二部分，通过使用稳态吸收和飞秒瞬态吸收光谱技术对、

两种分子以及单体PMI的超快动力学研究。发现分散在甲苯溶液中的单体PMI内部不

会发生电荷转移，在增加两种基团后发现了一个混合的激发态，其中包含了局域激发

态和CT态，然后通过电荷分离实现从局域激发态向CT态的演变过程。同时结果表明

CT

从激发态上不仅实现了态转移，还有一部分转移形成了三重态，实现了长寿命的复

合过程，达到有效的电荷分离。这为今后的分子设计提供了新的思路,为优化今后有机

太阳能电池中的受体材料提供了重要的动力学规律。

关键词：瞬态吸收光谱，超快动力学，有机光伏受体材料，分子内电荷分离，三重态

I

II

ABSTRACT

Organicsolarcellshavebecomeahotresearchtopicinthefieldofsolarenergyduetotheir

lightweight,flexibility,andeaseoflargeareamanufacturing.However,comparedtoinorganicsolarcells,

uncertaintiessuchasthegeneration,diffusion,recombinationofexcitons,andelectrode-collectingcarriers

inorganicsolarcellsleadtolowerenergyconversionefficiency,hinderingtheirlarge-scaleapplication.As

theelectrontransportlayerinorganicsolarcells,thediffusionandrecombinationprocessesofinternal

excitonsoftheacceptormaterialhaveguidingsignificanceformaterialstructuredesign.Recently,withthe

continuousmaturityofultra-shortpulselasertechnologyandtherapiddevelopmentoftransienttime-

resol