富勒烯有机太阳能电池课后答疑
富勒烯衍生物PC61BM于1994年被首次报道，研究者发现该化合物具有易溶于有机溶剂，高迁移率（10-3cm2V-1S-1）以及合适的能级（-5.93eV/-3.91eV），可应用到有机太阳能电池中。但是非富勒烯受体材料的研发取得了重大进展，有效地克服了富勒烯类受体材料的缺点，此类器件的效率已经媲美甚至超过了富勒烯器件。
5月19日，香港科技大学刘焘博士后研究员做客材视线上课堂，针对富勒烯有机太阳能电池做了分享，以下内容根据刘焘博士后研究员的讲稿整理，粗略探讨了一些富勒烯和非富勒烯有机太阳能的问题。
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讲师介绍
刘焘
香港科技大学
“HEEGER北京研究院”第一届博士毕业生，将获得北京航空航天大学“材料物理与化学”工学博士学位。研究方向为有机/聚合物光电材料和器件。
课程
答疑
Q1
有机太阳能电池非富勒烯受体有哪些?
A1： 非富勒烯有机太阳能电池领域发展迅速,其受体也是快速的被研发出来。常见的非富勒烯受体有酰胺类电子受体材料，NDI类电子受体材料 ，PDI类电子受体材料以及其他酰亚胺类电子受体材料。
Q2
碳纳米洋葱卷可以代替富勒烯吗？
A2：这个是非常好的一个方向，碳纳米洋葱由多层准球形或多面体形状的外壳组成，它代表着另一种新型碳纳米材料。它本身就应用在微波、红外和太赫兹频率中的电磁屏蔽，气体或能量存储，超高功率微米级超级电容器，固体润滑剂，锂离子电池电极材料，燃料电池，多相催化，光电技术用于药物传输系统的生物兼容性纳米胶囊。
Q3
请问有机太阳能电池产业化时间预计？
A3：这个不好说呀。欧洲已经投产，相应的产品已经有了，预计3-5年技术会越来越成熟。
Q4
氧化石墨烯的这三种制备方法，废溶剂的处理怎么办?
A4： 给体中PBD是不能少的，除了TY之外，再试试其他的受体单元，受体单元呢是可以在扩展一下。无规共聚一下，基于Y6体系，吸收已经比较宽了，如果拓展一下到1000以上，就更好。
Q5
刘老师，富勒烯的HOMO和LOMO是不是主要由碳笼决定的，添加官能团对HOMO和LOMO的影响不大？
A5： 通过C60和C70比较，HOMO和LOMO区别不是很大,我个人认为是由足球烯这个本身的结构决定。
Q6
所谓的互传网络结构，在形貌图中怎么可以看出，每次看的文献都会有，但是都只是看看文章中这么说，具体在图上不知道怎么辨别？
A6： 互穿网络结构可以通过TEM，AFM表征观看，特别是可以看切面的。是不是看纤维状结构，互穿网络结构就会好意些。
Q7
我们对邹老师的Y6还能有哪些改进能提高效率？如果离开Y6,我们先开发的受体应具备哪些条件?
A7： 我认为Y体系可以改成非对称结构，现在目前武汉大学杨楚罗教授，南京理工大学唐玉华教授，他们的材料可以改改，效率比较高的受体材料基本都含有N。
Q8
现在大家都尽可能设计合成一些近红外的材料去拓宽光谱吸收，有哪些设计策略可以使吸收峰达到1000 nm以上的材料，同时又不让HOMO能级太高？
A8： 近红外的材料去拓展光谱吸收，但是还要考虑HOMO,LOMO,不能让HOMO降的太多。
Q9
当前材料合成成本依然比较高，尤其是Y6体系核心产率较低，是否能够真正商用？
A9： Y6体系现在已经商业化了，成本已经越来越低。
10
我也想咨询一下如何从AFM能够看出互穿网络，可以分辨出给体和受体材料吗?
A10： 互穿网络结构可以从AFM看纤维状结构，看切面。另外，把膜做的薄一点，可以看出结构。
11
对于邹老师的Y6体系我们还可以哪些改进能提高效率？如果想要设计新的受体，应该具备哪些特点？最近您在不对称上做了许多工作，我想问问您不对称受体小分子会很受欢迎吗？能讲讲不对称的设计思路吗？
A11： 可以考虑非对称结构，非富勒烯n-型电子受体材料具有能级可调、合成简便、加工成本低、溶解性能优异等特点,更重要的是,此类材料在可见太阳光光谱中比富勒烯及其衍生物材料有更加宽广的吸收范围。
12
非富勒烯受体中，BN键掺杂的材料做的比较多，不知道是不是有人尝试做BP键，如果没有的话，大概存在什么问题？
A12： 非富勒烯受体中，N键应该比较容易，BN键应该是比较难的。
13
给受体的能量偏移对能量损失大吗？
A13： 不好说。属于专业物理方面。
14
pcbm常用于钙钛矿电池的界面，很少看到在有机中运用，是因为能级问题吗?
A14： 界面能级肯定是有影响的。
15
非富勒烯的结构是怎么影响HOMO,LOMO的能级？
15： 非富勒烯中间核和末端基团，通过对中间核和末端基团的选择来影响能级。中间核不同，能级不同，末端基团不同，HOMO和lOMO的能级也不同。
16
非对称的结构相对于对称结构的受体减少能量损失获得高的Voc是因为非对称结构的偶极矩比较大吗，还是介电常数等问题？
A16： 目前研究的非对称结构，偶极矩是比对称结构要大。目前测试很多体系，通过理论模拟，确实是可以确定的。非对称有一个特点，在吸收相同的情况下，LOMO吸收是要浅一些的。
17
请问如何从TEM判断材料的结晶性? 有纤维状的结晶性好？
A17： 从TEM判断结晶性没有软射线等来的方便准确呀。
18
能说一下非富勒烯大体的分类吗？
A18： 非富勒烯的大体分类，目前非富勒烯体系有很多，没必要局限于一点。例如IDT，ITT类，PDI，含N的环等。
19
苯并二呋喃也应用在给体材料，您觉得与苯并二噻吩优缺点在哪？
A19：苯并二呋喃是非常好用的，有很大的开发空间，不输于苯并二噻吩。
20
看膜的giwax图怎么分析？
A20：可以详细的看看综述。
21
请问Y6中氮的具体有哪些作用啊，不对称的Y6中咔唑氮是不是有相同作用？
A21：Y6中氮的作用呢，可以多看看综述。可以试一下，很难确定，不一定非对称就比对称好。
22
TEM做薄如何制样？
A22：TEM测试，膜做薄一点。giwax测试，膜做的厚一点，60nm左右。
23
老师能分析下非富勒烯受体材料在化学稳定性方面相较于富勒烯有没有优势吗？
A23： 在化学稳定性方面，很难说，紫外光易吸收，化学键都容易锻炼。从热稳定性，和光稳定性，非富勒烯的还是可以的。
24
Y6类核心也在改变，效率低点，您觉得这种改变思路怎么样，会有更好的单元替代苯并噻二唑吗？
A24：这个需要实验测试。有可能试了999种，有一种可以呢。
25
占老师那边有篇AM 小分子可以成3D网络中，这种是怎么实现的呢，对小分子结构有什么要求?
A25：小分子受体成3D网络，首先小分子有3个转动点，至少末端基团能接3个点。由于小分子更好的结晶度，容易获得高的相纯度，更容易批量制备。