富勒烯(C60)掺杂浓度对旋涂聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜结构、光学及电化学性能的调控机制研究

本综述系统阐述了通过富勒烯(C60)掺杂调控聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜的结晶形态与光电性能。研究揭示高浓度掺杂(≥10%)虽导致光学带隙从2.50 eV降至1.92 eV、光学对比度从60%降至8%，但仍保持电致变色响应，为有机光电子器件设计提供了重要理论依据。

　　

亮点

表面形貌在薄膜的光学和电学性能中起着决定性作用，可通过化学修饰（间隙或置换掺杂）和/或样品退火进行精确调控。本研究探讨了不同浓度富勒烯(C₆₀)对旋涂P3HT薄膜光学和电致变色特性的影响。结构和形态分析显示，随着C₆₀浓度增加，晶粒尺寸（从10 nm增至25 nm）和颗粒聚集现象增强。这种表面修饰显著影响了薄膜的光学和电致变色特性：随着C₆₀浓度升高，（1）光学带隙从2.50 eV减小至1.92 eV；（2）紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱中的峰值强度发生淬灭；（3）光学对比度从60%降低至8%。循环伏安谱表明，C₆₀浓度的增加影响氧化还原路径，且对阴极电流扩散系数的影响大于阳极。尽管浓度较高，这些薄膜仍表现出电致变色响应。

薄膜制备

高纯度P3HT（99.9%）和C₆₀购自Sigma Aldrich，作为制备层状结构的源材料。通过将所需量的P3HT和C₆₀溶解在氯苯中，制备了P3HT和P3HT:C₆₀（0–30%）的相应溶液。所有P3HT薄膜均采用旋涂技术（Holmarc型号：HO-TH-05）以750 rpm的标准转速在预清洁的ITO玻璃基板上沉积60秒。

结构与形态分析

图1显示了原始P3HT和C₆₀取代P3HT旋涂薄膜的XRD曲线。观察到随着C₆₀浓度增加，对应C₆₀的峰变得更加明显。相应峰根据标准C₆₀ XRD数据索引（图1）。浓度增加引起相分离并影响P3HT的结晶度，这通过P3HT伪立方(pc)面(100)_pc在2θ处的强度增加得以证明。

结论

本研究揭示了高浓度C₆₀对旋涂P3HT薄膜结构、光学和电致变色行为的影响。观察到(100)_pc面的XRD峰随C₆₀浓度增加而增强，表明所研究薄膜表面晶粒相应聚集。平均晶粒尺寸变化为：10 nm（0% C₆₀）、12 nm（10% C₆₀）、18 nm（20% C₆₀）和25 nm（30% C₆₀）。