富勒烯(C60)高浓度掺杂对P3HT薄膜光电特性及电致变色性能的调控机制研究

本综述系统探讨了高浓度富勒烯(C60)掺杂对聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜结构形貌、光学带隙（Optical Band Gap）及电致变色(EC)性能的调控作用。研究发现C60浓度升高导致晶体尺寸增大(10→25 nm)、光学对比度下降(60%→8%)，并显著影响氧化还原路径与载流子扩散系数，为有机光电子器件设计提供关键理论依据。

　　

Section snippets

Thin film preparation

高纯度P3HT（99.9%）和C₆₀购自Sigma Aldrich，作为制备层状结构的源材料。通过将特定比例的P3HT和C₆₀（0-30%）溶解于氯苯中，制备相应溶液。所有P3HT薄膜均通过旋涂技术（Holmarc型号：HO-TH-05）在预清洁的ITO玻璃基板上沉积，标准转速为750 rpm，持续60秒。需注意的是，旋涂工艺参数经过优化以确保薄膜均匀性。

Structural and morphological analysis

图1展示了原始P3HT和C₆₀取代P3HT旋涂薄膜的XRD曲线。随着C₆₀浓度增加，对应C₆₀的衍射峰显著增强，图中已根据标准C₆₀ XRD数据完成峰位标定。浓度升高诱导相分离并影响P3HT结晶度，具体表现为P3HT伪立方(pc)晶面(100)_pc在2θ≈5.2°处的衍射峰强度增加，且半高宽减小。通过Scherrer公式计算晶体尺寸，发现随C₆₀浓度从0%增至30%，平均晶体尺寸从10 nm增大至25 nm。AFM形貌分析显示薄膜表面粗糙度随掺杂浓度增加而上升，证实C₆₀分子引起P3HT链的重新排列与聚集。

Conclusions

本研究揭示了高浓度C₆₀对旋涂P3HT薄膜结构、光学及电致变色行为的显著影响。XRD分析表明(100)_pc晶面衍射峰强度随C₆₀浓度增加而增强，印证了晶体表面聚集现象。平均晶体尺寸依次为10 nm（0%）、12 nm（10%）、18 nm（20%）和25 nm（30%）。光学带隙从2.50 eV降至1.92 eV，UV-vis和PL光谱峰值强度淬灭，电致变色对比度从60%降至8%。CV谱显示C₆₀浓度对阴极电流扩散系数的影响高于阳极，但高浓度掺杂薄膜仍保持电致变色响应特性。