调节富勒烯受体在聚合物太阳能电池中的分子堆积与能级

摘要： 富勒烯因其优异的物理化学性质被认为是制备体异质结聚合物太阳能电池(PSCs)极具前景的受体材料。本文合成了两种含不同特征官能团的新型富勒烯衍生物——2-苄基噻吩-C60双加成物(BTCBA)和2-(4-甲氧基苄基)噻吩-C60双加成物(MBTCBA)，并将其作为PSCs受体以研究富勒烯衍生物取代基对器件性能的影响。与BTCBA相比，由于2-(4-甲氧基苄基)噻吩官能团的给电子特性，MBTCBA具有更高的最低未占分子轨道(LUMO)能级。同时，MBTCBA分子间适度的相互作用促进了P3HT/MBTCBA共混膜形成有利的纳米相分离结构，从而获得更高的电子迁移率。因此，以P3HT为给体、MBTCBA为受体的PSCs器件实现了5.29%的功率转换效率(PCE)和0.81 V的开路电压(VOC)，显著高于BTCBA(3.54%)和PCBM(3.76%)基器件。本研究表明通过给电子基团修饰富勒烯受体来调控LUMO能级和分子堆积行为，可有效提升PSCs性能。