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太陽能電池
太陽能電池領域富勒烯堅挺輔助
能源危機加重，新能源家族肩負使命任重道遠，其中的太陽能電池團隊戰報捷捷，有機太陽能電池(OSCs)和鈣鈦礦太陽能電池(pero-SCs)被科學界認為是最具前景的光伏器件。富勒烯衍生物在兩種器件中的堅挺輔助功不可沒，它分別作為OSCs中的受體材料和pero-SCs陰極緩沖層(CBL)。
首先簡單了解一下有機太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池。
有機物太陽能電池的有機光敏帶由P型有機半導體構成的給體，N型半導體構成的受體組成。光照時，有機半導體吸收具有一定能量的光子，電子發生躍遷形成束縛態的電子-空穴對，即激子。激子擴散至給受體界面，在界面勢壘作用下發生分離，形成自由移動的電子空穴，傳輸至陰極和陽極被收集，在外電路接通下產生光電流。鈣鈦礦太陽能電池與有機太陽能電池類似，具有三明治結構，主要的不同在于光敏層，它是有機無機雜化構成的鈣鈦礦結構。
在過去幾年中，在提高兩種電池的能量轉化效率上取得的巨大進展，主要是通過優化光敏化層和電極緩沖層的材料取得的。就有機太陽能電池來說，設計和合成一種新的共軛層給體材料，使其具有寬的吸收譜，低帶隙，低的最高占據分子軌道能級（LUMO）和高的空穴遷移率，將會進一步提高效率。
1.富勒烯衍生物受體
C60具有很高的電導性，由于在有機溶劑中溶解度的低，阻礙了它在有機太陽能電池中的應用。理想的受體材料應在有機物中具有較好溶解性，而且有合適的能級，與給體材料相配合。所以普遍的做法是在富勒烯衍生物上懸掛官能團提高溶解度和LUMO,以達到開路電壓最大化的目的。這里中我們將提到一些富勒烯衍生物受體，以及他們的理化、光電性質。
1.1 PCMB和PCMB-like的富勒烯衍生物
在C60的基礎上人們首先定向改造出PCMB，這種富勒烯衍生物被認為在有機物中具有更好的溶解性和熱穩定性，LUMO和HOMO的差值（差值越小則更容易發生電子躍遷從而產生更多激子）為2.02eV. 而PC70BM的光譜吸收范圍更廣，LUMO與HOMO差值為1.96eV. 在提升LUMO上學者們做了大量工作，不同的富勒烯衍生物作為受體與相應給體相配合所制成器件的各項數據測試結果如表1.所示：
表1.PCBM和PCBM-like受體的光電性能
表中富勒烯衍生物受體的分子結構如下圖所示：
圖1. 幾種富勒烯衍生物的分子結構圖
a)C60改造后的 PCBM和PC70BM改進，具有更好的熱穩定性和LUMO.
b) bisPCBM和trisPCBM都是PCBM的原產物，經過加工修飾后形成具有特定性質的產物，如bisPC70BM
c) F1-F5具有更長的甲基鏈，對紫外光的吸收造成影響
d) 中間烷基鏈修飾C60可以使得光譜吸收效果降低，但是當P3HT作為給體時，電子遷移速率將大大提高
e) F15-F17是取代苯基團的衍生物，當P3HT作為給體時表現出高的熱穩定性
1.2 ICBA和ICBA-like的富勒烯衍生物
以電子富集的茚作為取代基，構成富勒烯衍生物ICBA，使得LUMO 能級相比PCBM提高了0.17eV，太陽能電池的開路電壓隨之得到提高，實驗結果顯示，P3HT:ICBA的給受體組合要比P3HT:PCBM在能量轉化效率上高出5.44%，開路電壓高出0.26V.共受體組合和效率見表2：
表2.PCBM和PCBM-like受體的光電性能
