PCBM(C70)的开发历程与应用

PCBM(C70)是富勒烯衍生物，也是一种有机太阳能电池常用受体材料，其分子结构是在富勒烯基础上连接苯环、碳链和酯基团，这种结构使它保留富勒烯优异电子容纳能力且有较好溶解性。PCBM(C70)具有较好的化学稳定性和特殊的光电性能，它可在特定条件下将太阳能转变为电能，多用作有机太阳能电池的制备单元，在聚合物有机太阳能电池材料的开发研究领域中有重要的应用。

图1 PCBM(C70)的化学结构式

基本介绍

有机太阳能电池（OSC）以其低成本，重量轻，原料丰富，溶液可加工性和大面积制造等优点迅速进入人们的视野，进而受到越来越多的关注。聚合物OSC材料吸收光强能力强，吸收深度只有几百纳米，且材料可以在柔性基底上进行溶液处理，从而可以实现快速和廉价的制造工艺。PCBM(C70)是一种代表性的可溶性的有机太阳能电池单元，PCBM(C70)具有电子迁移率较高，优良的热稳定性等特点，由PCBM(C70)合成的有机太阳能电池（OSC）除了在可见光区有较强的吸收，PCBM(C70)还具有和PC61BM近似的LUMO能级，更高的电子迁移率（6.6×10−2 cm2 V−1 s−1），在有机溶剂中溶解性和成膜性更为优越。[1]

开发历程

1995年，René A. J. Janssen等人报道了C60的苯基丁酸甲酯衍生物PC61BM。这种独特的碳笼修饰，极大地提高了富勒烯在有机溶剂中的溶解度。PC61BM的电子迁移率较高，与P3HT混合后制备的OSC器件，工艺经优化后光电转换效率可达4-5%，这在当时已经是很大的突破。2003年，该研究团队又合成出了C70的苯基丁酸甲酯衍生物PCBM(C70)。[1]

化学应用

PCBM(C70)主要应用于有机太阳能电池，自1995年起在该领域一直占据重要地位，与聚合物给体混合可制备高效光伏电池，在光电探测器领域也有潜力。PCBM(C70)还可用作富勒烯母体，经化学修饰改变连接基团或引入新官能团的可得到其富勒烯的衍生物。

参考文献

[1] Zhang, M., et al. Single-layered organic photovoltaics with double cascading charge transport pathways: 18% efficiencies. Nat. Commun. 2021, 12, 309.