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    在國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目、中美雙邊國(guó)際合作項(xiàng)目和創(chuàng)新群體項(xiàng)目的支持下，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員與美國(guó)Solarmer公司合作，最近在用于聚合物太陽(yáng)能電池的新型C60衍生物受體光伏材料的研究方面取得重要進(jìn)展。他們合成了一種茚雙加成C60衍生物ICBA（見圖1），以其為受體與聚(3-己基噻吩)（P3HT）共混制備的聚合物太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到5.44%，為基于P3HT的聚合物太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)換效率最高值。這一結(jié)果最近發(fā)表在JACS上（J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 1377-1382.）。

    P3HT和可溶性C60衍生物PCBM(分子結(jié)構(gòu)見圖3中的F2)是聚合物太陽(yáng)能電池中最具代表性的給體和受體光伏材料�；赑3HT/PCBM的光伏器件能量轉(zhuǎn)換效率穩(wěn)定達(dá)到3.5～4.0%左右，并且其光伏性能對(duì)活性層厚度不太敏感（100～300 nm都可以獲得較高的效率），因此，這一體系成為制備大面積聚合物太陽(yáng)能電池的最佳候選。但P3HT/PCBM體系也存在開路電壓低（0.6 V左右）、激子電荷分離能量損失大等缺陷，這主要是由于他們的電子能級(jí)匹配性不好（PCBM的LUMO能級(jí)太低）。為進(jìn)一步改進(jìn)基于P3HT體系的光伏性能，有機(jī)固體室的研究人員合成了富電子的茚雙加成的C60衍生物ICBA，其LUMO能級(jí)較PCBM上移0.17 eV，在AM1.5, 100 mW/cm2光照條件下，基于P3HT/ICBA的光伏器件開路電壓達(dá)到0.84 V,能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到5.44％,而同樣條件下，P3HT/PCBM體系的開路電壓只有0.58 V，能量轉(zhuǎn)換效率3.88％。（I-V曲線見圖2）

    另外，他們還合成了一系列不同烷基鏈長(zhǎng)度的PCBM類C60衍生物F1~F5（分子結(jié)構(gòu)見圖3），其中F2就是PCBM。他們以這些C60衍生物為受體、P3HT為給體制備了光伏器件，發(fā)現(xiàn)取代基碳鏈長(zhǎng)度對(duì)光伏性能有重要影響（能量轉(zhuǎn)換效率分別是3.66%(F1), 3.52%(F2), 2.28%(F3), 3.59%(F4)和2.83%(F5)），F(xiàn)1（碳鏈長(zhǎng)度比PCBM少一個(gè)C）和F4（碳鏈長(zhǎng)度比PCBM多兩個(gè)C）的光伏性能與PCBM相當(dāng)或稍優(yōu)（效率都超過3.5%），F(xiàn)3和F5（碳鏈長(zhǎng)度比PCBM分別多一個(gè)和三個(gè)C）的光伏性能比PCBM明顯變差。他們從碳鏈長(zhǎng)度對(duì)電子遷移率和共混膜吸光系數(shù)的影響解釋了這一現(xiàn)象。這一結(jié)果最近被Adv. Funct. Mater.接受發(fā)表。

圖1  茚加成C₆₀衍生物的合成路線

圖2  以P3HT為給體的聚合物太陽(yáng)能電池的電流-電壓曲線（光照條件：AM1.5, 100 mW/cm2）

圖3  PCBM類C₆₀衍生物的分子結(jié)構(gòu)