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太陽(yáng)能電池領(lǐng)域富勒烯堅(jiān)挺輔助

能源危機(jī)加重旨椒，新能源家族肩負(fù)使命任重道遠(yuǎn)促脉，其中的太陽(yáng)能電池團(tuán)隊(duì)?wèi)?zhàn)報(bào)捷捷咪惠，有機(jī)太陽(yáng)能電池(OSCs)和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(pero-SCs)被科學(xué)界認(rèn)為是最具前景的光伏器件桶棍。富勒烯衍生物在兩種器件中的堅(jiān)挺輔助功不可沒(méi)刊愚，它分別作為OSCs中的受體材料和pero-SCs陰極緩沖層(CBL)。

首先簡(jiǎn)單了解一下有機(jī)太陽(yáng)能電池和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池梦重。

有機(jī)物太陽(yáng)能電池的有機(jī)光敏帶由P型有機(jī)半導(dǎo)體構(gòu)成的給體兑燥，N型半導(dǎo)體構(gòu)成的受體組成。光照時(shí)琴拧，有機(jī)半導(dǎo)體吸收具有一定能量的光子降瞳，電子發(fā)生躍遷形成束縛態(tài)的電子-空穴對(duì)，即激子蚓胸。激子擴(kuò)散至給受體界面挣饥，在界面勢(shì)壘作用下發(fā)生分離，形成自由移動(dòng)的電子空穴沛膳，傳輸至陰極和陽(yáng)極被收集扔枫，在外電路接通下產(chǎn)生光電流。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池與有機(jī)太陽(yáng)能電池類似锹安，具有三明治結(jié)構(gòu)短荐，主要的不同在于光敏層，它是有機(jī)無(wú)機(jī)雜化構(gòu)成的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)叹哭。

在過(guò)去幾年中忍宋，在提高兩種電池的能量轉(zhuǎn)化效率上取得的巨大進(jìn)展，主要是通過(guò)優(yōu)化光敏化層和電極緩沖層的材料取得的恒欣。就有機(jī)太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)移良，設(shè)計(jì)和合成一種新的共軛層給體材料，使其具有寬的吸收譜髓界，低帶隙辰稽，低的最高占據(jù)分子軌道能級(jí)（LUMO）和高的空穴遷移率，將會(huì)進(jìn)一步提高效率咪犹。

1.富勒烯衍生物受體

C60具有很高的電導(dǎo)性爷瓜，由于在有機(jī)溶劑中溶解度的低棵欧，阻礙了它在有機(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。理想的受體材料應(yīng)在有機(jī)物中具有較好溶解性享偎，而且有合適的能級(jí)垛淮，與給體材料相配合。所以普遍的做法是在富勒烯衍生物上懸掛官能團(tuán)提高溶解度和LUMO,以達(dá)到開(kāi)路電壓最大化的目的豌富。這里中我們將提到一些富勒烯衍生物受體根适，以及他們的理化、光電性質(zhì)铅乡。

1.1 PCMB和PCMB-like的富勒烯衍生物

在C60的基礎(chǔ)上人們首先定向改造出PCMB继谚，這種富勒烯衍生物被認(rèn)為在有機(jī)物中具有更好的溶解性和熱穩(wěn)定性，LUMO和HOMO的差值（差值越小則更容易發(fā)生電子躍遷從而產(chǎn)生更多激子）為2.02eV. 而PC70BM的光譜吸收范圍更廣阵幸，LUMO與HOMO差值為1.96eV. 在提升LUMO上學(xué)者們做了大量工作花履，不同的富勒烯衍生物作為受體與相應(yīng)給體相配合所制成器件的各項(xiàng)數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果如表1.所示：

表1.PCBM和PCBM-like受體的光電性能

表中富勒烯衍生物受體的分子結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖1. 幾種富勒烯衍生物的分子結(jié)構(gòu)圖

a)C60改造后的 PCBM和PC70BM改進(jìn)，具有更好的熱穩(wěn)定性和LUMO.

b) bisPCBM和trisPCBM都是PCBM的原產(chǎn)物挚赊，經(jīng)過(guò)加工修飾后形成具有特定性質(zhì)的產(chǎn)物诡壁，如bisPC70BM

c) F1-F5具有更長(zhǎng)的甲基鏈，對(duì)紫外光的吸收造成影響

d) 中間烷基鏈修飾C60可以使得光譜吸收效果降低荠割，但是當(dāng)P3HT作為給體時(shí)妹卿，電子遷移速率將大大提高

e) F15-F17是取代苯基團(tuán)的衍生物，當(dāng)P3HT作為給體時(shí)表現(xiàn)出高的熱穩(wěn)定性

1.2 ICBA和ICBA-like的富勒烯衍生物

以電子富集的茚作為取代基蔑鹦，構(gòu)成富勒烯衍生物ICBA夺克，使得LUMO 能級(jí)相比PCBM提高了0.17eV，太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓隨之得到提高嚎朽，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示铺纽，P3HT:ICBA的給受體組合要比P3HT:PCBM在能量轉(zhuǎn)化效率上高出5.44%，開(kāi)路電壓高出0.26V.共受體組合和效率見(jiàn)表2：

表2.PCBM和PCBM-like受體的光電性能