含4,5-雙氰基咪唑之小分子及其光伏打電池之應用; 4,5-Dicyanoimidazole-based Derivatives and Their Application for Organic Photovoltaics

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Title:	含4,5-雙氰基咪唑之小分子及其光伏打電池之應用;4,5-Dicyanoimidazole-based Derivatives and Their Application for Organic Photovoltaics
Authors:	黃義雄;Yisyong Huang
Contributors:	化學研究所
Keywords:	咪唑;有機光伏打電池;imidazole;organic photovoltaic
Date:	2010-07-27
Issue Date:	2010-12-08 14:18:10 (UTC+8)
Publisher:	國立中央大學
Abstract:	本論文合成出一系列含DCI (1-hexyl-4,5-dicyanoimidazole)結構之線型化合物。運用二苯胺基(diphenylamine)與蔥(anthracene)取代基為電子予體、DCI為電子受體，及不同共軛長度的官能基為共軛架橋，可分別合成出具對稱性與不對稱性之化合物。在342−504 nm波長處的消光係數為23,200−53,100 M-1cm-1，而隨著分子具有較佳的共面性時，化合物具有較紅位移的光吸收波長與較高的消光係數。其中，蔥(anthracene)取代化合物有更加的共面性，使其有更佳的光收成。經由理論計算，可發現這些分子具有電荷轉移吸收特徵，也多有良好的吸收消光係數。DCI基團與相鄰之苯環有較大之二面角(42.3−46.3o)。共軛架橋的二面角(3.1−20.4o)相對較小。以此類含DCI結構之分子作為p-type材料，摻以PCBM (phenyl-C61-butyric acid methyl ester)作為n-type材料，製作出BHJ形式之有機光伏打電池(Organic Photovoltaic Cells，OPV)。由元件結果顯示當化合物TVPY−DCI與PCBM以1:2的摻混比例製作時，元件有最佳的效率（0.33%）。同時，由於DCI系列分子的HOMO能階皆較低，除了T−DCI之外，其餘化合物之元件具有高開環電壓（VOC）之優點(0.89−1.09 V)。另外，蒽系列化合物雖然有最佳的共軛，物理量測與理論計算皆顯示其有較強與較為紅位移之吸收光譜，但其在有機溶劑中溶解度較差，導致製成之元件效率也不佳。我們藉由原子力顯微鏡（Atomic Force Microscopy，AFM）觀看An2Th−DCI元件之表面型態（morphology），發現材料表面有嚴重的堆疊而導致元件之電流密度較低。反之，TVPY−DCI元件之表面粗糙度相對較低，因而擁有較高之電流密度與轉換效率。
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