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    在國家自然科學基金委重點項目、中美雙邊國際合作項目和創新群體項目的支持下，中國科學院化學所有機固體院重點實驗室的科研人員與美國Solarmer公司合作，最近在用于聚合物太陽能電池的新型C60衍生物受體光伏材料的研究方面取得重要進展。他們合成了一種茚雙加成C60衍生物ICBA（見圖1），以其為受體與聚(3-己基噻吩)（P3HT）共混制備的聚合物太陽能電池能量轉換效率達到5.44%，為基于P3HT的聚合物太陽能電池能量轉換效率最高值。這一結果最近發表在JACS上（J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 1377-1382.）。

    P3HT和可溶性C60衍生物PCBM(分子結構見圖3中的F2)是聚合物太陽能電池中最具代表性的給體和受體光伏材料。基于P3HT/PCBM的光伏器件能量轉換效率穩定達到3.5～4.0%左右，并且其光伏性能對活性層厚度不太敏感（100～300 nm都可以獲得較高的效率），因此，這一體系成為制備大面積聚合物太陽能電池的最佳候選。但P3HT/PCBM體系也存在開路電壓低（0.6 V左右）、激子電荷分離能量損失大等缺陷，這主要是由于他們的電子能級匹配性不好（PCBM的LUMO能級太低）。為進一步改進基于P3HT體系的光伏性能，有機固體室的研究人員合成了富電子的茚雙加成的C60衍生物ICBA，其LUMO能級較PCBM上移0.17 eV，在AM1.5, 100 mW/cm2光照條件下，基于P3HT/ICBA的光伏器件開路電壓達到0.84 V,能量轉換效率達到5.44％,而同樣條件下，P3HT/PCBM體系的開路電壓只有0.58 V，能量轉換效率3.88％。（I-V曲線見圖2）

    另外，他們還合成了一系列不同烷基鏈長度的PCBM類C60衍生物F1~F5（分子結構見圖3），其中F2就是PCBM。他們以這些C60衍生物為受體、P3HT為給體制備了光伏器件，發現取代基碳鏈長度對光伏性能有重要影響（能量轉換效率分別是3.66%(F1), 3.52%(F2), 2.28%(F3), 3.59%(F4)和2.83%(F5)），F1（碳鏈長度比PCBM少一個C）和F4（碳鏈長度比PCBM多兩個C）的光伏性能與PCBM相當或稍優（效率都超過3.5%），F3和F5（碳鏈長度比PCBM分別多一個和三個C）的光伏性能比PCBM明顯變差。他們從碳鏈長度對電子遷移率和共混膜吸光系數的影響解釋了這一現象。這一結果最近被Adv. Funct. Mater.接受發表。

圖1  茚加成C₆₀衍生物的合成路線

圖2  以P3HT為給體的聚合物太陽能電池的電流-電壓曲線（光照條件：AM1.5, 100 mW/cm2）

圖3  PCBM類C₆₀衍生物的分子結構