核/壳量子点-功能化富勒烯衍生物光伏新材料特性研究

寻求最佳的光能转化效率是太阳能应用中的关键，探求具有更高电荷分离效率和稳定性的光伏材料是热点课题；本项目设计与合成具有低带宽和低HOMO能级的新光伏材料，通过纳米技术提高电子和空穴的流动性,在促进电荷转移的同时保证良好的填充因子；利用量子点的光生多电子，形貌和量子尺寸的可控合成等特性，降低带隙，使其吸收谱带和太阳光谱具有更好的匹配，以提高光能转化效率；设计合成功能化富勒烯在增加光吸收的同时保证激子的有效迁移；太阳光谱的最大光强在700nm左右,组装不同禁带宽度的核/壳量子点-功能化富勒烯衍生物材料，提高光谱的响应范围；用紫外可见光谱，荧光分析法，循环伏安法，扫描电镜等研究核/壳量子点-功能化富勒烯衍生物的光伏特性。

合成了十种富勒烯衍生物I~X，并通过红外、核磁和质谱确认了各产物的结构。在乙酸乙酯-石油醚溶液中获得了2c的单晶，用X射线单晶衍射法测定了其晶体结构。.研究了各目标化合物的紫外和荧光光谱，发现在化合物官能团硝基与苄基的引入，对其吸收峰和发射峰均有不同程度的影响：在紫外光谱中两种官能团均使吸收峰蓝移；在荧光光谱中苄基使发射峰蓝移而硝基使发射峰红移。用循环伏安法测定了产物的电化学性质，结果表明，与参比化合物C60相比还原电位发生了负移，更容易形成电子受体。.用纳秒和飞秒激光研究了化合物的光限幅性质，结果表明化合物I和II的纳秒光限幅性质明显，而III则观察不到光限幅现象，说明化合物中硝基的引入不利于光限幅效应。.分别以FTO/TiO2/富勒烯衍生物/CdSe作为光阳极，以FTO/Pt作为对电极，以I3−/I− 作为电解质组装成量子点-染料敏化的太阳能电池，测定其电池性能参数（开路电压、短路电流、填充因子）以及总效率，发现各电池的总效率比较小，分析其影响因素可能有薄膜、量子点、电解质以及测试仪器等。.组装了以C60， Im-C60，Bn- Im-C60为敏化剂的太阳能电池和以CdSe，Im-C60- CdSe，Bn- Im-C60- CdSe为敏化剂的量子点杂化的太阳能电池。对照结果发现：核壳结构的引入增加了电池的短路电流、开路电压，从而增加了它的能量转化效率。因为单个的量子点颗粒容易受到杂质和晶格缺陷的影响，存在大量的非辐射复合中心。在核CdSe QDs上制备C60衍生物的保护壳，可以去除量子点的表面缺陷，为电子的迁移提供顺畅的通道，增加核的物理稳定性和光稳定性。而且，CdSe-C60复合簇的η高于CdSe和C60膜，这不仅与CdSe和C60单个组分有关，还反应了二者间的最佳协同作用。