國家納米中心提出高吸光性富勒烯材料設(shè)計新思路

隨著能源危機、環(huán)境污染等問題日益加劇，、低成本地利用太陽能發(fā)電已經(jīng)受到世界各國的重視。有機太陽能電池因其造價低廉、質(zhì)量輕便、可制備柔性大面積器件等優(yōu)點而倍受關(guān)注，是未來潛力的實用科技之一。有機太陽能電池的光活性材料由共軛高分子給體和富勒烯受體組成，一直以來太陽光的吸收主要依靠給體來完成，富勒烯由于其自身較差的吸光性在光電流的貢獻方面只能充當配角，因此，開發(fā)高吸光性的富勒烯材料將有可能使有機太陽能電池的效率取得進一步突破。zui近，國家納米科學(xué)中心丁黎明研究小組在這一研究方面取得進展。

　　富勒烯的弱吸光性主要源于C60分子的高度對稱性，導(dǎo)致低能態(tài)的電子躍遷是偶極禁阻的，通過環(huán)加成反應(yīng)等傳統(tǒng)化學(xué)修飾方法并不能改變富勒烯的球形分子結(jié)構(gòu)，因此在提高富勒烯本身的吸光性方面收效甚微。于是，研究人員提出了一種大刀闊斧的設(shè)計思路——“開孔策略”，如圖所示：首先利用一系列反應(yīng)將富勒烯的骨架打開，然后將一個外部的發(fā)色團分子“植入”富勒烯的共軛體系，得到的新分子一方面由于球形結(jié)構(gòu)被打破導(dǎo)致對稱性降低，使低能態(tài)的電子躍遷得以實現(xiàn)，另一方面由于發(fā)色團的引入使富勒烯共軛體系得到進一步擴張，因此富勒烯的吸光性得到大幅提高。

　　研究人員利用上述思路合成了一種植入噻吩齊聚物的富勒烯OC60-5T，通過比較OC60-5T與C60、C70的吸收光譜可以發(fā)現(xiàn)，在很寬的光譜范圍內(nèi)（300-1100 nm），OC60-5T的吸光性能都要明顯高于C60、C70，其中在700-1100 nm，OC60-5T更是展現(xiàn)出了普通富勒烯不具備的近紅外吸收帶。理論計算表明，OC60-5T的近紅外吸收來源于噻吩齊聚物向富勒烯的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移。電化學(xué)實驗表明，OC60-5T的帶隙只有1.05eV，遠小于母體C60的帶隙（1.9eV）。

　　該研究成果在Angewandte Chemie International Edition在線發(fā)表，并被評為熱點文章（Hot Paper）。審稿人也對該工作給予了高度評價。

　　該研究獲得國家自然科學(xué)基金，*“百人計劃” 和蘇州佳宏光電有限公司的支持。

 國家納米中心提出高吸光性富勒烯材料設(shè)計新思路