聚合物太阳能电池用富勒烯电子受体材料的设计创新

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1、昆明理工大学课程设计专用纸聚合物太阳能电池用富勒烯电子受体材料的设计摘要聚合物太阳能电池因其制作工艺简单、成本低、重量轻和柔性好等优点而备受人们的关注。近年来，聚合物太阳能电池取得较快的发展，其中，光伏材料的研究进展起着至关重要的作用，尤其是给体材料的发展带动了聚合物太阳能电池较快的发展。目前，人们主要致力于给体材料的优化，而对受体材料的研究却比较少，以至于目前使用得最普遍的电子受体材料仍然是[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC60BM)和与其对应的C70衍生物PC70BM。然而，PC60BM和PC70BM存在一些缺点，比如，与常见的给体材料相比，它们的LUMO轨道

2、相对较低；还有，它们在可见区的吸收较弱。因此，设计和合成出具有高的LUMO轨道和在可见区具有较强吸收的新型富勒烯衍生物是非常重要的。关键词：聚合物太阳能电池富勒烯电子受体AbstractPolymersolarcellshaveattractedgreatattentionduetotheiradvantagesofeasyfabrication，lowcost，lightnessandflexibility．Materialsdevelopmenthasplayedavitalroleinthedramaticimprovementofpolymersolarcell

3、sperformanceinrecentyears，andthisisdrivenprimarilybytheadvancementofconjugatedpolymerdonormaterials．Whilemostmaterialdevelopmenteffortshavebeendedicatedtooptimizingthedonormaterials，significantlylessattentionhasbeenplacedonacceptormaterialswhichtodateremaindominatedbyfullerenederivatives

4、[6,6]-phenyl-C61-butyricacidmethylester(PC60BM)anditscorrespondingC70derivativePC70BM．However,PC60BMandPC70BMhavesomedrawbackssuchasrelativelylowLUMOenergylevelscomparedwiththoseofcommondonorsandweakvisibleabsorption．So，itisveryimportanttodesignandsynthesizenewfullerenederivativeswithup。

5、ShiftedLUMOenergylevelsandstrongvisibleabsorptionforpolymersolarcells．Keywords：Polymersolarcells；Fullerene；ElectronAcceptor.第15页昆明理工大学课程设计专用纸目录摘要1Abstract1目录2第1章绪论21.1引言21.2聚合物太阳能电池的基本原理31.3富勒烯衍生物受体材料41.4基于PCBM结构的富勒烯受体材料5第2章设计部分62.1目标分子设计62.2分子轨道能级计算7第3章结论11第4章总结与体会12第5章谢词12参考文献12第15页昆明理

6、工大学课程设计专用纸第1章绪论1.1引言目前，最有效的提高富勒烯的LUMO轨道的方法是对富勒烯进行多加成反应。例如，PCBM的二加成产物(bisPCBM)的LUMO轨道比PCBM高0．1ev左右，因此，基于P3HT：bisPCBM的电池的开路电压比P3HT：PCBM电池要高。李永舫等人[[]YJ．He，H．一YChen，J．H．Hou,YELi，Indene-C60bisadduct：anewacceptorforlligh-performancepolymersolarcells，[J]．Am．Chem．Soc．，132(2010)1377．1382．]合成出来的C6

7、0双加成产物(ICBA)，其LUMO轨道比PCBM高0．17eV。基于P3HT：ICBA的太阳能电池的能量转换效率可达5．44％，开路电压高达O．84V(通过优化之后能量转化效率可达6.48％。为了研究富勒烯[2+2]环加成产物对光伏性能的影响，我们合成了苯炔和C60进行[2+2]环加成的产物：苯炔-C60二加成产物(BCBA)，并研究了它的结构与光伏性能的关系。1.2聚合物太阳能电池的基本原理聚合物太阳能电池的工作原理不同于无机太阳能电池,共轭聚合物吸收光子以后并不直接产生可以自由移动的电子(electron)和空穴(hole),而是产