صفحه اصلی | ان آر تی سی | صفحه اصلی<

09392522438  
   EN | FA

PCBM و مشتقات آن

یکشنبه, 11 آذر 1397 ساعت 09:30
خواندن 54 دفعه

 (PCBM (phenyl-C61-butyric acid methyl ester یکی از بزرگترین مشتقات فولرن (Fullerene) است که بعنوان پذیرنده‌ی الکترون در opv بکار می‌رود. ساختار فولرن، تقارن و موبیلیتی الکترون خوبی دارد. یک مولکول C60 می‌تواند 4 الکترون دریافت کند، پس C60 و مشتقاتش می توانند بعنوان پذیرنده استفاده شوند[1]. با اینکه C60 می‌تواند در کلروبنزن (CB) و دی کلروبنزن ( DCB) تجزیه شود اما در حلالهای ارگانیک انحلال‌پذیری ناچیزی دارد. برای انحلال ‌پذیری بیشتر، فرم PC60BM آن را در OPV بکار می‌گیرند. در دهه‌ی اخیر PC60BM و مشابه آن PC70BM بعنوان پذیرنده در OPV استفاده شده است. در مقایسه با PC60BM ، PC70BM جذب بیشتری را در ناحیه‌ی مرئی عبور می‌دهد و بدین دلیل اخیرا بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. C70 به علت پروسه‌ی سخت خالص‌سازی ،از C60 گرانتر و کاربردشان محدودتر است. ساختارهای مولکولی و جریان سنتز PC60BM و PC70BM در شکل (1) نشان داده شده است. PC60BM انحلال‌پذیری بالایی در حلالهای ارگانیک معمولی مثل کلروفوم (chloroform) ،تولوئن (toluene) و او-دی کلروبنزن (o-dichlorobenzene) دارد [2].

 

شکل(1): ساختارهای مولکولی  [3] PC60BM و PC70BM

طیف جذبی PC60BM و PC70BM در شکل (2) نشان داده شده است. این شکل ،جذب بالای  این دو ماده را در ناحیه‌ی ماورای بنفش از 200 تا 400 نانومتر را نشان می‌دهد، اماPC70BM  در ناحیه‌ی مرئی نسبت به PC60BM بالاتری را نشان می‌دهد. با استفاده از  PC70BM در OPV بعنوان پذیرنده، نور خورشید و همچنین Jsc (چگالی جریان کوتاه) بیشتری را نتیجه می‌دهد، بنابراین PCE بهتری را از OPV بر پایه‌ی PC60BM  را نشان می‌ دهد.

 

شکل(2): طیف جذب [3] PC60BM و PC70BM

خصوصیات الکترونیکی و سطح انرژی مشتقات فولرن برای سلولهای خورشیدی پلیمری (PSCs ) خیلی مفیدند. ولتاژ مدار باز(Voc) سلولهای خورشیدی  پلیمری (PSC) از اختلاف بین سطح انرژی LUMO فولرن پذیرنده و سطح انرژی HOMO دهنده تعیین می‌شود [4،5]. بنابراین سطح انرژی LUMO مشتقات فولرن پارامتر کلیدی برای تطابق یک پذیرنده با یک پلیمر دهنده است. سطح انرژی دهنده‌ها و پذیرنده‌های  الکترون می‌تواند با روش ولتاگرام تناوبی (cyclic voltammogram ) (CV) اندازه‌گیری شود. سطح انرژی LUMO غیر قابل جابجایی  C60 و PCBM ، تقریبا ۴/۰- الی ۴/۲- الکترون ولت بودند[6،7]. سطح LUMO  بالاتر مواد پذیرنده برای بدست آوردن Voc بالاتر مفید است و برای دسترسی به  سطح LUMO  بالاتر افزاینده‌های دوتایی (bisadducts) یا چندتایی ( multiadducts ) فولرن در OPV ها به کار می‌روند. برای مثال سطح انرژی  bis-PCBM حدود ۰/۰۱-۰/۰۱۵ الکترون ولت بالاتر از PCBM است و وقتی که bis-PCBM بعنوان پذیرنده‌ی الکترون در OPV بر پایه‌ی P3HT به کار رفته ،Voc=0.72 ثبت شده است که 1.2v از وسایل بر پایه‌ی PCBM/P3HT بالاتر است. اما خصوصیات افزاینده‌های دوتایی یا چندتایی به خوبی PCBM نیست ، بنابراین PC60BM و PC70BM هنوز از میان مواد پذیرنده بکار رفته در OPV ها ، بهترین هستند. خصوصیات فتوولتاتیک مشتقات فولرن‌ بعنوان پذیرنده با ساختار PSC بر پایه P3HT بعنوان دهنده بررسی شده است و نتایج آن در جدول(1) و شکل (3) آمده است [10-8].

 

شکل(3) : ساختارهای مولکولی مشتقات چندتایی فولرن[3]

 

جدول(1): عملکرد فتوولتاتیک مواد پذیرنده چندتایی فولرن[3]

 

Refrences:

1.  Sariciftci NS, Smilowitz L, Heeger AJ, Wudl F (1992) Photoinduced electron transfer from aconducting polymer to buckminsterfullerene. Science 258:1474–1476. doi:10.1126/science.258.5087.1474
2.  Hummelen JC, Knight BW, Lepeq F, Wudl F (1995) Preparation and characterization offulleroid and methanofullerene derivatives. J Org Chem 60:532–538. doi:10.1021/jo00108a012
3.  978-1-4471-4823-4_2
4.  Brabec CJ, Sariciftci NS, Hummelen JC (2001) Plastic solar cells. origin of the open circuitvoltage of plastic solar cells. Adv Funct Mater 11:15–26. doi:1616-301X/01/0510-0379
5.  Scharber MC, Wuhlbacher D, Koppe M (2006) Design rules for donors in bulk- heterojunctionsolar cells—towards 10% energy-conversion efficiency. Adv Mater 18:789-794. doi:10.1002/adma.200501717
6.  Sariciftci NS, Braun D, Zhang C, Srdanov VI, Heeger AJ, Stucky G, Wudl F (1993) Semiconducting polymerbuckminsterfullerene heterojunctions: diodes, photodiodes, andphotovoltaic cells. Appl Phys Lett 62:585–587. doi:10.1063/1.108863
7.  He YJ, Li YF (2011) Fullerene derivative acceptors for high performance polymer solar cells. Phys Chem Chem Phys 13:1970–1983. doi:10.1021/ja103275u
8.  Lenes M, Shelton SW, Sieval AB, Kronholm DF, Hummelen JC, Blom PWM (2009) Electron trapping in higher adduct fullerene-based solar cells. Adv Funct Mater 19:3002-3007. doi:10.1002/adfm.200900459
9.  Lenes M, Wetzelaer G, Kooist FB, Veenstra SJJC, Blom PWM (2008) Fullerene bisadductsfor enhanced open-circuit voltages and efficiencies in polymer solar cells. Adv Mater 20:2116–2119. doi:10.1002/adma.200702438
10. Choi JH, Son KI, Kim T, Kim K, Ohkubo K, Fukuzumi S (2010) Thienyl-substitutedmethanofullerene derivatives for organic photovoltaic cells. J Mater Chem 20:475–482. doi:10.1039/B916597E

 

 

 

 

نظرات


تصویر امنیتی تصویر امنیتی جدید

7 روز هفته، 24 ساعته پاسخگوی شما هستیم

social 16 social 13 social 09 social 07 social 05

NRTC

تمامی حقوق نزد شرکت محفوظ است