ИСТИНА

Одним из интересных направлений развития химии фуллеренов является получение и исследование свойств соединений, содержащих две и более фуллереновых сферы в молекуле. Недавно полученные с помощью последовательных реакций 1,3-диполярного циклоприсоединения производные, в которых две сферы фуллерена С60 соединены пирролизидиновым и циклобутановым фрагментами, оказались перспективными для применения в качестве акцепторов в фоточувствительных слоях органических фотоэлементов. Настоящий проект направлен на разработку методов синтеза новых двусферных фуллереновых соединений, перспективных для использования в органической фотовольтаике. В ходе работы будут разработаны новые методы синтеза двусферных фуллереновых соединений на основе металл-катализируемого 1,3-диполярного циклоприсоединения азометинилидов к фуллеренам и реакции Прато. Кроме того, планируется получение полисферных фуллереновых циклоаддуктов с числом сфер более двух. Синтезированные соединения будут использованы в качестве акцепторов в фоточувствительных слоях органических фотоэлементов.

1. Разработан метод синтеза новых двусферных производные фуллеренов С60 и С70 с пирролизидиновым и циклобутановым линкерами между сферами, содержащие сложноэфирные фрагменты в боковой цепи с длинными алкильными заместителями в количествах по 100-200 мг, достаточных для проведения фотофизических исследований (всего 12 соединений). Синтезированы смешанные двусферные производные фуллеренов С60 и С70, выделены с использованием ВЭЖХ 2 изомера, содержащие децильный заместитель в сложноэфирном фрагменте. 2. На основании данных одномерной (1Н и 13С) и двумерной (1H-13C HMBC и HSQC) спектроскопия ЯМР с привлечением квантово-химических расчетов, масс-спектрометрии МАЛДИ и ИЭР (в том числе, высокого разрешения), а также спектроскопии ИК и УФ/видимой области было предложено строение для всех впервые синтезированных двусферных производных. 3. Выявлены особенности электронных спектров и электрохимического поведения синтезированных двусферных производных, определены окислительно-восстановительные потенциалы двусферных производных С60, трех изомеров двусферного производного С70 и двух изомеров смешанных двусферных производных. Произведена оценка уровней ВЗМО, НВМО, а также энергетического зазора ВЗМО-НВМО. Полученные данные демонстрируют возможность использования данных соединений в качестве акцепторной компоненты в фотовольтаических устройствах с объемным гетеропереходом. 4. Сконструированы фотовольтаические ячеек на основе двусферных производного фуллерена С60 и определены их основные параметры (плотность тока короткого замыкания, напряжение холостого хода, фактор заполнения и КПД). Проведена оптимизация условий конструирования солнечных фотоэлементов. Установлено, что наилучшим соотношением донора и акцептора в фотоактивном слое является соотношение 1 к 0.5, а оптимальная температора отжига - 110оС в течение 5 мин. Достигнуто рекордное значение КПД = 2.96% для одного из двусферных производных. 5. Установлено, что односферные аналоги полученных в ходе работы соединений – эфиры фуллеропролинов – не могут быть использованы в качестве образцов сравнения для установления влияния второй сферы на КПД фотовольтаических ячеек по причине их химического взаимодействия с материалами электродов. 6. Разработан метод синтеза новых производных дифторгомофуллерена C60CF2, которые были использованы в качестве образцов сравнения для определения влияния второй сферы в двусферных производных на КПД фотовольтаических ячеек. В результате получено 5 новых соединений, 2 из которых охарактеризовано методом РСА, а остальные с использованием методов ЯМР, масс-спектрометрии, спектроскопии УФ и ИК. 7. Установлено, что основной причиной наблюдения более высоких значений КПД для фотоэлементов на основе двусферных производных является более высокая подвижность носителей заряда в гетеропереходе ввиду значительно лучшего упорядочения в нѐм молекул акцептора. Это значительно повышает ток короткого замыкания в ячейках на основе двусферных соединений по сравнению с односферными, и, следовательно, повышается КПД.