基于C60(OCH3)4的有機(jī)太陽能電池受體材料的合成與性能研究.pdf

1、C60是由60個碳原子組成的籠狀分子,在1985年被發(fā)現(xiàn)后,引起了人們的廣泛關(guān)注,之后大量的富勒烯新結(jié)構(gòu)通過內(nèi)嵌與外接的方式被成功的合成與分離出來。由于C60在合成與分離中較其他富勒烯結(jié)構(gòu)更容易,所以以C60作為底物的富勒烯衍生物合成仍然很受青睞,在作為功能材料方面也有較大的發(fā)展空間。
　　目前,富勒烯常被用作聚合物太陽能電池的受體材料,聚合物太陽能電池一般由共軛聚合物給體和可溶性富勒烯衍生物受體的共混膜夾在ITO透明正極和低功函

2、數(shù)金屬負(fù)極之間形成,與無機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池相比具有制備過程簡單,成本低、重量輕和可制備成柔性器件等突出優(yōu)點(diǎn),成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。在眾多提高聚合物太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法之中,富勒烯衍生物受體材料性能的不斷提高顯得尤為重要,作為受體材料的富勒烯衍生物需要具備較寬較強(qiáng)的可見光區(qū)吸收、高的電子遷移率以及合適的電子能級等條件。本論文,以C60C16為原料,通過自由基加成反應(yīng)合成了C60(OCH3)4中間體,中間體經(jīng)過重氮烷烴和疊氮烷烴環(huán)加

3、成反應(yīng)分別合成了C60(OCH3)4-PCBM和C60(OCH3)4-APCBM兩種新穎的富勒烯結(jié)構(gòu),并應(yīng)用高效液相色譜法對其進(jìn)行了分離純化,同時應(yīng)用核磁共振波譜(NMR)、APCI-MS和紅外光譜(IR)等測試對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,C60(OCH3)4-APCBM和C60(OCH3)4-PCBM的紫外可見光譜和循環(huán)伏安特性測試顯示了其作為太陽能電池受體材料的光吸收能力以及電子傳輸能力,最后通過對比P3HT/C60(OCH3)4-APCB

4、M、P3HT/C60(OCH3)4-PCBM和P3HT/PCBM作為活性層的電池光電轉(zhuǎn)化性能,分析解釋了這兩種富勒烯新結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)對電池開路電壓、短路電流和填充因子等參數(shù)的影響。這一實(shí)驗(yàn)加深了我們對太陽能電池光電轉(zhuǎn)換過程的理解。
　　以氯化富勒烯為底物進(jìn)行有機(jī)反應(yīng)具有多種優(yōu)點(diǎn),首先氯原子作為好的加成離去基團(tuán)不僅能夠提高底物的反應(yīng)活性,而且反應(yīng)產(chǎn)物功能基團(tuán)的加成位置能夠確定,其次氯化富勒烯種類繁多,其中還包括了多種非IPR結(jié)構(gòu)的碳籠,所

5、以,以氯化富勒烯為底物進(jìn)行衍生化反應(yīng)會為富勒烯功能材料的制備提供更多的路徑和方法。
　　應(yīng)用于聚合物太陽能電池中的富勒烯衍生物要求有較高的溶解度,而包括氯化富勒烯在內(nèi)的很多富勒烯衍生物均只能溶解在少數(shù)幾種有機(jī)溶劑中,這極大地限制了它的發(fā)展應(yīng)用。我們通過在富勒烯球體上加上甲氧基的方式來增加衍生物的溶解性,并取得了非常理想的結(jié)果。同時,甲氧基作為給電子基團(tuán)直接連接于碳籠上能夠大大提高富勒烯碳籠的LUMO電子軌道,從而提高太陽能電池的開