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研究相關(guān)的論文題為：“Stereomeric effects of bisPC71BM on polymer solar cell performance”和“Theoretical insight into the stereometric effect of bisPC71BM on polymer cell performance”，以封面文章發(fā)表于Science Bulletin 2016年第2期，由廈門大學(xué)謝素原教授和趙儀教授分別擔(dān)任通訊作者撰寫。

研究者合成并分離了苯基丁酸甲酯的二加成C70衍生物（bisPC71BM）的兩個立體異構(gòu)體，發(fā)現(xiàn)盡管它們的光學(xué)性質(zhì)和電子性質(zhì)非常相近，但光伏性質(zhì)卻存在差別，說明立體異構(gòu)現(xiàn)象將影響到太陽能電池的性能，進(jìn)一步的晶體結(jié)構(gòu)分析和理論研究表明，分子堆積的不同是造成光伏性能差異的主要原因。

目前應(yīng)用最廣泛的富勒烯電子受體材料依然是20年前發(fā)展起來的苯基丁酸甲酯加成的富勒烯衍生物PC61BM或PC71BM，這類富勒烯的電子遷移率、光吸收、溶解度、電子親和勢、以及與給體材料的相容性等綜合表現(xiàn)是迄今合成的富勒烯電子受體中最好的。

在過去的20年，人們一直想研發(fā)出電子遷移率更高、吸收光譜更寬、溶解度更大、電子親和勢更高、組裝性能更好的電子受體材料，但困難比想象的大得多——首先要選擇合適的富勒烯碳籠，其次要考慮功能基團(tuán)的種類、單個富勒烯上連接的基團(tuán)數(shù)量及加成位置等。雖然人們從未停止通過這些指導(dǎo)方針研發(fā)新型富勒烯電子受體的步伐，所合成的富勒烯電子受體材料也有數(shù)百種之多，但篩選出來的富勒烯衍生物的綜合性能仍然不盡人意。是否還有其它原因研究者沒有考慮到，從而導(dǎo)致光伏性能不佳？

帶著疑問，該研究設(shè)計了以雙加成的PC71BM的兩個立體異構(gòu)體（trans-bisPC71BM 和cis-bisPC71BM ）為電子受體的聚合物太陽能電池，證實了這兩個異構(gòu)體雖然具有非常類似的LUMO水平、光譜吸收等，但所制備的太陽能電池性能表現(xiàn)存在一定差異（能量轉(zhuǎn)換效率有7%的相對差別）。

深入研究表明，分子堆積的不同是導(dǎo)致它們光伏性能差異的主要原因，理論研究也確證不同的堆積方式導(dǎo)致了不同的電子遷移率和激子分離能力。因此，從實驗和理論兩個角度都證明了富勒烯的立體異構(gòu)也會導(dǎo)致光伏性能的差異，從而為設(shè)計高效富勒烯電子受體材料提供了此前尚未被人們重視的立體異構(gòu)體這一條新原則。

該原則的提出為有朝一日研發(fā)出具有高的電子遷移率、強(qiáng)的光吸收、大的溶解度、高的電子親和勢、好的組裝性質(zhì)等綜合性能優(yōu)異的富勒烯電子受體材料補(bǔ)充了新思路。

來源|科學(xué)網(wǎng)科學(xué)出版社博客  編輯|化學(xué)加

官微 化學(xué)加 2016-1-29同時發(fā)出

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