简述
以C60，C70为代表的富勒烯，因其独特的结构及潜在的应用前景，引起了世界各国科学家的浓厚兴趣[1]。PCBM(C70)又写作C70-PCBM，是一种在富勒烯基础上连接苯环、碳链和酯基团的富勒烯衍生物，常温下表现为深褐色至黑色粉末。此类结构的组合使得PCBM(C70)在有机聚合物太阳能电池的电子输运方面扮演着非常重要的角色。
应用研究
聚合物材料领域报道了合成了一种由芘和双噻吩单元组成的交替共轭共聚物聚(DHBT-alt-PYR)。研究发现合成的聚合物具有良好的溶液加工性和热稳定性，在加热到约370摄氏度时，其重量损失不到5%。合成的聚合物分别在401和548nm处显示出最大吸收和峰值PL发射。通过吸收开始确定聚合物的光学带隙能量为2.64eV。通过循环伏安法(CV)和光学带隙确定聚合物的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占分子轨道(LUMO)能级为-5.48和-2.84eV。聚合物光伏器件采用ITO/PEDOT:PSS/活性层/LiF/Al的典型夹层结构制造，使用聚(DHBT-alt-PYR)作为电子供体，PCBM(C60)或PCBM(C70)作为电子受体。研究表明，使用PCBM(C70)作为受体的器件的开路电压、短路电流和填充因子分别为0.75V、3.80mA/cm2和0.28，器件的最大功率转换效率为0.80%[2]。
结构与性质研究
使用B3LYP/6-31G(d)方法对有机太阳电池中作为电子受体材料的富勒烯衍生物苯基C71-丁酸甲酯(PCBM(C70))的同分异构体进行了计算。PCBM与C70通过六元环和六元环共用的CC双键加成得到的产物是热力学控制产物；通过五元环和六元环共用的C-C键加成得到的产物则是动力学控制产物。PCBM(C70)与C70的第一绝热电子亲和势很接近。PCBM对前线轨道贡献很小，PCBM(C70)的最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道(LUMO)的电子云主要分布在C70笼上。PCBM提升了C70的LUMO能级水平，有利于提高太阳电池的光电转换效率。自然布居分析表明，PCBM与C70之间没有发生显著的电荷转移。所有的性质研究表明，PCBM基团并不涉及电池光电转换过程，但在调整C70能级水平提高光电转换效率中发挥了重要作用[3]。
参考文献
[1]朱果逸,蔡振时.富勒烯衍生物的电化学研究概况[J].高技术通讯, 1993, 003(007):25-27.
[2] Lee S Y , Jung C H , Kang J ,et al.Synthesis of a new conjugated polymer composed of pyrene and bithiophene units for organic solar cells.[J].Journal of Nanoscience & Nanotechnology, 2011, 11(5):4367-72.DOI:10.1166/jnn.2011.3710.
[3]董诚,郑颖人,周永红.富勒烯衍生物苯基C71-丁酸甲酯的结构和电学性质第一性原理研究[C]//中国材料研讨会—计算材料分册.中国材料研究学会;中国材料研究学会计算材料分会, 2008.