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(yáng)能作為最有可能取代化石能源的可再生能源，其開(kāi)發(fā)和利用成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，于是有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的研究應(yīng)運(yùn)而生。其制備過(guò)程簡(jiǎn)單、成本低、質(zhì)量輕、可制備成柔性器件，有廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)聚合物太陽(yáng)能電池取得了良好的進(jìn)展，給體材料方面的進(jìn)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(jiàn)光區(qū)(400-800nm)有強(qiáng)吸收的新型富勒烯受體材料，對(duì)于有機(jī)太陽(yáng)能電池的進(jìn)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(yīng)用于聚合物太陽(yáng)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(duì)烷氧基取代的二氫萘基-C60衍生物的光伏性能和電化學(xué)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(yáng)能電池器件的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)4.58％，開(kāi)路電壓達(dá)0.83V，明顯優(yōu)于基于P3HT:PCBM的電池器件的性能。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，二氫萘基-C60衍生物容易通過(guò)取代基進(jìn)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(jī)聚合物太陽(yáng)能電池中使用的富勒烯受體材料大多是通過(guò)[1+2]或[4+2]環(huán)加成反

4、應(yīng)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(méi)有報(bào)道過(guò)將富勒烯通過(guò)[2+2]環(huán)加成反應(yīng)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(guò)C60與苯炔的[2+2]環(huán)加成反應(yīng)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(yáng)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(kāi)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(guò)[1+2]加成反應(yīng)得到的三元環(huán)橋聯(lián)的bis-PCBM和[4+2]加成反應(yīng)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(yīng)用于聚合物太陽(yáng)能電池中。這些被用作太陽(yáng)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(duì)單一異構(gòu)體進(jìn)行分離和光伏性能研究。鑒于文獻(xiàn)報(bào)道的C60富勒烯的二加成產(chǎn)物IC