基于C60富勒烯的電子受體材料的合成與光伏性能研究.pdf

1、太陽能作為最有可能取代化石能源的可再生能源，其開發(fā)和利用成為人們關(guān)注的焦點，于是有機聚合物太陽能電池的研究應運而生。其制備過程簡單、成本低、質(zhì)量輕、可制備成柔性器件，有廣闊的應用前景。近年來聚合物太陽能電池取得了良好的進展，給體材料方面的進展尤其明顯。但光伏特性優(yōu)異的電子受體材料依然不多，目前使用最普遍的電子受體材料仍然是[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)和[6,6]苯基-C71-丁酸甲酯(PC70BM)。合成具有高的LUM

2、O軌道、光吸收范圍寬并且在可見光區(qū)(400-800nm)有強吸收的新型富勒烯受體材料，對于有機太陽能電池的進一步發(fā)展至關(guān)重要。
　　我們合成了一系列具有較高的LUMO軌道、由不同烷氧基取代的二氫萘基-C60衍生物，并將這一系列衍生物作為受體材料應用于聚合物太陽能電池中。我們研究了各種不同的取代基（甲氧基、芐氧基、苯甲酰氧基、正己氧基和3-乙氧羰基丙氧基）對烷氧基取代的二氫萘基-C60衍生物的光伏性能和電化學性質(zhì)產(chǎn)生的影響。其中，基

3、于P3HT:2-甲氧基-(5，8)-二氫萘基-(6，7)-[6，6]-C60二加成產(chǎn)物(Bis-MDNC)結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率達4.58％，開路電壓達0.83V，明顯優(yōu)于基于P3HT:PCBM的電池器件的性能。我們的實驗結(jié)果表明，二氫萘基-C60衍生物容易通過取代基進行功能化修飾，并且引入的取代基可以靈活地調(diào)節(jié)光伏性能。
　　目前有機聚合物太陽能電池中使用的富勒烯受體材料大多是通過[1+2]或[4+2]環(huán)加成反

4、應制備得到的三元環(huán)或六元環(huán)橋聯(lián)的富勒烯衍生物，還沒有報道過將富勒烯通過[2+2]環(huán)加成反應得到的四元環(huán)橋聯(lián)產(chǎn)物作為電子受體材料的。我們通過C60與苯炔的[2+2]環(huán)加成反應合成了一種新的C60富勒烯衍生物受體:苯炔-C60二加成產(chǎn)物(BCBA)。為了研究富勒烯衍生物的分子橋聯(lián)結(jié)構(gòu)與太陽能電池性能之間的關(guān)聯(lián)性，我們制備了基于P3HT:BCBA的電池器件，該電池器件的開路電壓為0.691V，短路電流為5.34mA/cm2，填充因子為46.0

5、％，能量轉(zhuǎn)化效率為1.7％。其電池性能與通過[1+2]加成反應得到的三元環(huán)橋聯(lián)的bis-PCBM和[4+2]加成反應得到的六元環(huán)橋聯(lián)的IC60BA和NC60BA相比差很多。
　　目前，富勒烯的二加成衍生物由于可以有效地提高LUMO軌道，被廣泛地應用于聚合物太陽能電池中。這些被用作太陽能電池受體材料的富勒烯二加成衍生物都是含有多種同分異構(gòu)體的混合物，而很少對單一異構(gòu)體進行分離和光伏性能研究。鑒于文獻報道的C60富勒烯的二加成產(chǎn)物IC