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基本信息

項(xiàng)目名稱：
二芳基芴修飾C60衍生物的合成及溶解性加工太陽能電池性能
小類：
能源化工
簡介：
有機(jī)太陽能電池相對(duì)于無機(jī)太陽能電池而言具有成本低廉、制備工藝簡單、可大面積制備等優(yōu)勢，是21世紀(jì)清潔、可再生能源利用的重要發(fā)展方向。 富勒烯衍生物是本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池的首選受體材料。二芳基芴修飾的富勒烯吡咯烷作為受體材料的本體異質(zhì)結(jié)電池開路電壓、光吸收效率會(huì)得到有效提高，從而獲得較好的能量轉(zhuǎn)換效率。
詳細(xì)介紹：
由共軛聚合物作為電子給體和C60作為電子受體構(gòu)成的本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池成為最有希望得到實(shí)際應(yīng)用光伏器件。由于其無處不在的納米尺度界面大大增加了異質(zhì)結(jié)面積，如能進(jìn)一步改進(jìn)給、受體材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以提高其光吸收效率和器件的開路電壓；同時(shí)，對(duì)器件的制備加以優(yōu)化，10%的能量轉(zhuǎn)換效率是可以達(dá)到的。 通過Prato反應(yīng)將9-苯基-9-芴噻吩引入C60獲得N-甲基-2-[2′-(9-辛氧基苯基-9-芴)噻吩]-3,4-富勒烯吡咯烷(OPFTHC60)，利用1HNMR和GC-MS表征化合物的結(jié)構(gòu)?；衔锏淖贤?可見吸收光譜在波長350nm、430nm顯示強(qiáng)于C60的吸收峰，薄膜的吸收在370~650nm明顯強(qiáng)于溶液。循環(huán)伏安分析化合物的LUMO能級(jí)為-3.78eV，較PCBM高0.13eV。 化合物與P3HT的混合溶液甩膜制備本體異質(zhì)結(jié)器件開路電壓0.63V，能量轉(zhuǎn)化效率2.80%。與P3HT/PCBM器件比較開路電壓提高了0.05V。 二芳基芴修飾的富勒烯吡咯烷作為受體材料的本體異質(zhì)結(jié)電池開路電壓、光吸收效率會(huì)得到有效提高，從而獲得較好的能量轉(zhuǎn)換效率。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

通過二芳基芴基團(tuán)的引入提高富勒烯吡咯烷衍生物的LUMO能級(jí)和光吸收能力。將該衍生物作為受體材料，溶液加工制備本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池，提高電池的開路電壓，能量轉(zhuǎn)換效率提高。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

有機(jī)太陽能電池相對(duì)于無機(jī)太陽能電池而言具有成本低廉、制備工藝簡單、可大面積制備等優(yōu)勢，是21世紀(jì)清潔、可再生能源利用的重要發(fā)展方向。 富勒烯吡咯烷類衍生物合成條件較為溫和，對(duì)可見光的吸收能力強(qiáng)。二芳基芴修飾的富勒烯吡咯烷作為受體材料的本體異質(zhì)結(jié)電池開路電壓、光吸收效率會(huì)得到有效提高，從而獲得較好的能量轉(zhuǎn)換效率。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

隨著全球能源需求量的逐年增加，對(duì)可再生能源的有效利用成為解決日益嚴(yán)重的能源危機(jī)的主要手段，太陽能電池被認(rèn)為是清潔可再生新能源的代表之一。 有機(jī)太陽能電池具備輕重量、可柔性成膜、溶液加工、成本低廉等優(yōu)勢。綜合材料價(jià)格、器件制備成本等因素，有機(jī)太陽能電池具有市場競爭力。

學(xué)術(shù)論文摘要

自進(jìn)入21世紀(jì)以來，由共軛聚合物作為電子給體和C60作為電子受體構(gòu)成的本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池成為最有希望得到實(shí)際應(yīng)用光伏器件。由于其無處不在的納米尺度界面大大增加了異質(zhì)結(jié)面積，如能進(jìn)一步改進(jìn)給、受體材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以提高其光吸收效率和器件的開路電壓；同時(shí)，對(duì)器件的制備加以優(yōu)化，10%的能量轉(zhuǎn)換效率是可以達(dá)到的。 通過Prato反應(yīng)將9-苯基-9-芴噻吩引入C60獲得N-甲基-2-[2′-(9-辛氧基苯基-9-芴)噻吩]-3,4-富勒烯吡咯烷(OPFTHC60)，利用1HNMR和GC-MS表征化合物的結(jié)構(gòu)。化合物的紫外-可見吸收光譜在波長350nm、430nm顯示強(qiáng)于C60的吸收峰，薄膜的吸收在370~650nm明顯強(qiáng)于溶液。循環(huán)伏安分析化合物的LUMO能級(jí)為-3.78eV，較PCBM高0.13eV。 化合物與P3HT的混合溶液甩膜制備本體異質(zhì)結(jié)器件開路電壓0.63V，能量轉(zhuǎn)化效率2.80%。與P3HT/PCBM器件比較開路電壓提高了0.05V。

獲獎(jiǎng)情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭立平，周清梅等. 新型C60衍生物的合成及太陽能電池性能 [J]. 化學(xué)學(xué)報(bào)，2004，62: 88~94. [2] Ling-hai Xie, Xiao-ya Hou etc. A Facile Synthesis of Complicated 9,9-Diarylfluorenes Based on BF3?Et2O-mediated Friedel-Crafts Reaction [J]. Organic Letter, 2001, 8:3701~3704. [3] Li, Y.; Zou, Y. Conjugated Polymer Photovoltaic Materials with Broad Absorption Band and High Charge Carrier Mobility. Adv. Mater. 2008, 20, 2952-2958. [4] Dennler, G.; Scharber, M. C.; Brabec, C. Polymer-Fullerene Bulk-Heterojunction Solar Cells. Adv. Mater. 2009, 21, 1323-1338.

同類課題研究水平概述

自進(jìn)入21世紀(jì)以來，由共軛聚合物和富勒烯衍生物構(gòu)成的本體異質(zhì)結(jié)塑料太陽能電池成為最有希望得到實(shí)際應(yīng)用的器件結(jié)構(gòu)。 該能量轉(zhuǎn)換效率雖低于無機(jī)太陽能電池，但綜合材料價(jià)格、器件制備成本等因素，是具有市場競爭力的。因此，具備輕重量、可柔性成膜、溶液加工、成本低廉等優(yōu)勢的塑料太陽能電池?zé)o疑將是未來發(fā)展利用清潔可再生能源的發(fā)展方向。
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