非富勒烯受体

摘要

目前,有机光伏材料的研究工作主要集中在电子给体材料上,电子受体材料的研究相对滞后.电子受体的工作主要集中在富勒烯衍生物.富勒烯衍生物具有高的电子亲和势、高的电子迁移率、各项同性的电子传输、可逆的电化学还原等优异性能,可与给体材料形成合适的相分离和纳米互穿网络结构.因而富勒烯衍生物如PC61BM和PC71BM已成为最广泛使用、最成功的电子受体.然而,富勒烯受体也存在一些缺点,主要有:(a)C60衍生物如PC61BM在可见区吸收窄,且吸收强度弱,400nm以上几乎无吸收.尽管C70衍生物如PC71BM在400nm以下吸收增强,但400nm以上吸收仍然很弱,而且价格比C60衍生物昂贵.(b)PCBM的LUMO能级低,约-3.9 eV,不利于提高电池的开路电压Voc.(c)电子能级很难通过化学合成来调控.(d)富勒烯衍生物是球形分子,在共混薄膜中易扩散聚集,从而影响相分离和器件长期稳定性.高性能的非富勒烯受体材料的严重缺乏是制约有机高分子太阳能电池这一领域发展的瓶颈，是亟待解决的关键科学问题。自2006年以来，在高分子和有机小分子非富勒烯受体方面开展了一系列的工作。设计合成了可溶液加工、吸收强而宽、高电子迁移率、合适LUMO能级、与电子给体能形成合适相分离的非富勒烯受体材料;构筑了有机高分子太阳能电池，效率超过4%;通过卷对卷加工制备了大面积、无ITO ,非富勒烯、柔性的太阳能电池。本报告介绍在非富勒烯受体方面取得的新进展。