ИСТИНА

Улучшение транспорта носителей заряда и наноморфологии объемного гетероперехода — ключевые задачи, решение которых позволит создавать более эффективные солнечные батареи на полимерной основе. Использование наиболее распространенных низкомолекулярных акцепторов как на фуллереновой, так и не фуллереновой основе приводит к сравнительно низкой связности акцепторной фазы, что является причиной низкой электронной подвижности в объемном гетеропереходе и ухудшения характеристик фотовольтаических устройств. В связи с этим востребован дизайн протяженных акцепторных материалов, обеспечивающих улучшенные транспортные характеристики. Для решение этой проблемы нами были созданы высокорастворимые фуллереновые димеры и тримеры, в которых фуллереновые сферы плотно связаны жесткими пирролизидиновым и циклобутановым фрагментами, несущим боковую цепь. Варьирование боковой эфирной цепи позволяет плавно регулировать растворимость данных соединений и смешиваемость с полимерной фазой, не затрагивая электронного строения, что открывает возможность оптимизации наноморфологии композита. Высокая связность в кристаллической фазе высокорастворимых димеров была подтверждена методом рентгеноструктурного анализа: каждая молекула димера имеет близкие контакты с 9 соседними молекулами димеров (для сравнения в наиболее популярном акцепторе PC61BM — 6 или 7 контактов). Методом циклической вольтамперометрии показаны электрохимически обратимый характер переноса электрона и электронная коммуникация фуллереновых остовов в бисферных производных, что критически важно для создания долговечных электронных устройств на их основе. Ряд представителей бисферных производных фуллерена был апробирован в качестве акцепторной компоненты в полимерных фотовольтаических устройствах с объемным гетеропереходом. Достигнуто рекордное для данного класса соединение значение эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую равное ~3%. Показано, что использование двусферных производных фуллерена приводит к большей степени кристалличности донорного полимера и улучшению наноморфологии и транспортных характеристик, а оптимизация условий конструирования фотовольтаического устройства позволяет достичь значений эффективности, соизмеримых с хорошо зарекомендовавшей себя системой на основе коммерчески доступного PC61BM. Оптимизации боковых заместителей, вариация фуллеренового каркаса и увеличение их числа позволит создать более эффективные фотовольтаические ячейки на основе высокорастворимых олигомерных производных фуллеренов. По сравнению с коммерчески доступными акцепторными материалами на органической основе, использование олигомерных производных фуллеренов позволяет снизить весовой расход акцепторной компоненты в фотоактивном композите и упростить технологию изготовления фотовольтаических устройств благодаря высокой степени кристалличности образующегося объемного гетероперехода. Предложенный синтетический подход легко масштабируется и включает использование коммерчески доступных реагентов. Высокорастворимые олигомерные производные фуллеренов являются перспективными материалами для создания гибких и биосовместимых оптоэлектронных устройств на органической основе, включая солнечные батареи, светоизлучающие и фотодиоды, а также тонкопленочные транзисторы. Гибкие солнечные батареи могут быть использованы как источники питания портативных приборов.