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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，由廈門大學謝素原教授和趙儀教授分別擔任通訊作者撰寫。

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的種類、單個富勒烯上連接的基團數(shù)量及加成位置等。雖然人們從未停止通過這些指導方針研發(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充了新思路。

來源|科學網(wǎng)科學出版社博客  編輯|化學加

官微 化學加 2016-1-29同時發(fā)出

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