基本信息
- 项目名称：
- 二芳基芴修饰C60衍生物的合成及溶解性加工太阳能电池性能
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 有机太阳能电池相对于无机太阳能电池而言具有成本低廉、制备工艺简单、可大面积制备等优势，是21世纪清洁、可再生能源利用的重要发展方向。 富勒烯衍生物是本体异质结有机太阳能电池的首选受体材料。二芳基芴修饰的富勒烯吡咯烷作为受体材料的本体异质结电池开路电压、光吸收效率会得到有效提高，从而获得较好的能量转换效率。
- 详细介绍：
- 由共轭聚合物作为电子给体和C60作为电子受体构成的本体异质结有机太阳能电池成为最有希望得到实际应用光伏器件。由于其无处不在的纳米尺度界面大大增加了异质结面积，如能进一步改进给、受体材料的分子结构设计，以提高其光吸收效率和器件的开路电压；同时，对器件的制备加以优化，10%的能量转换效率是可以达到的。 通过Prato反应将9-苯基-9-芴噻吩引入C60获得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表征化合物的结构。化合物的紫外-可见吸收光谱在波长350nm、430nm显示强于C60的吸收峰，薄膜的吸收在370~650nm明显强于溶液。循环伏安分析化合物的LUMO能级为-3.78eV，较PCBM高0.13eV。 化合物与P3HT的混合溶液甩膜制备本体异质结器件开路电压0.63V，能量转化效率2.80%。与P3HT/PCBM器件比较开路电压提高了0.05V。 二芳基芴修饰的富勒烯吡咯烷作为受体材料的本体异质结电池开路电压、光吸收效率会得到有效提高，从而获得较好的能量转换效率。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 通过二芳基芴基团的引入提高富勒烯吡咯烷衍生物的LUMO能级和光吸收能力。将该衍生物作为受体材料，溶液加工制备本体异质结有机太阳能电池，提高电池的开路电压，能量转换效率提高。
科学性、先进性及独特之处
- 有机太阳能电池相对于无机太阳能电池而言具有成本低廉、制备工艺简单、可大面积制备等优势，是21世纪清洁、可再生能源利用的重要发展方向。 富勒烯吡咯烷类衍生物合成条件较为温和，对可见光的吸收能力强。二芳基芴修饰的富勒烯吡咯烷作为受体材料的本体异质结电池开路电压、光吸收效率会得到有效提高，从而获得较好的能量转换效率。
应用价值和现实意义
- 随着全球能源需求量的逐年增加，对可再生能源的有效利用成为解决日益严重的能源危机的主要手段，太阳能电池被认为是清洁可再生新能源的代表之一。 有机太阳能电池具备轻重量、可柔性成膜、溶液加工、成本低廉等优势。综合材料价格、器件制备成本等因素，有机太阳能电池具有市场竞争力。
学术论文摘要
- 自进入21世纪以来，由共轭聚合物作为电子给体和C60作为电子受体构成的本体异质结有机太阳能电池成为最有希望得到实际应用光伏器件。由于其无处不在的纳米尺度界面大大增加了异质结面积，如能进一步改进给、受体材料的分子结构设计，以提高其光吸收效率和器件的开路电压；同时，对器件的制备加以优化，10%的能量转换效率是可以达到的。 通过Prato反应将9-苯基-9-芴噻吩引入C60获得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表征化合物的结构。化合物的紫外-可见吸收光谱在波长350nm、430nm显示强于C60的吸收峰，薄膜的吸收在370~650nm明显强于溶液。循环伏安分析化合物的LUMO能级为-3.78eV，较PCBM高0.13eV。 化合物与P3HT的混合溶液甩膜制备本体异质结器件开路电压0.63V，能量转化效率2.80%。与P3HT/PCBM器件比较开路电压提高了0.05V。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 郑立平，周清梅等. 新型C60衍生物的合成及太阳能电池性能 [J]. 化学学报，2004，62: 88~94. [2] Ling-hai Xie, Xiao-ya Hou etc. A Facile Synthesis of Complicated 9,9-Diarylfluorenes Based on BF3Et2O-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.
同类课题研究水平概述
- 自进入21世纪以来，由共轭聚合物和富勒烯衍生物构成的本体异质结塑料太阳能电池成为最有希望得到实际应用的器件结构。 该能量转换效率虽低于无机太阳能电池，但综合材料价格、器件制备成本等因素，是具有市场竞争力的。因此，具备轻重量、可柔性成膜、溶液加工、成本低廉等优势的塑料太阳能电池无疑将是未来发展利用清洁可再生能源的发展方向。
