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在科技快速发展和工业化程度不断提高的今天,人类社会对传统化石能源的消耗日趋增加,这直接导致了能源短缺和严重的环境问题。因此人类急需开发新的可再生能源。太阳能具有广泛性、清洁性和永久性等优点而获得关注。聚合物太阳能电池和钙钛矿太阳能电池具有加工工艺简单、成本低、质轻、可制成柔性等特点,且材料来源广泛,结构可调,因此极具发展前景。当前聚合物/钙钛矿太阳能电池的受体/电子传输层材料主要是[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)和相应的C70衍生物PC71BM。但这两种材料也存在最低未占轨道(LUMO)能级低,在可见光区吸收弱等不足,因此,设计具有高LUMO能级,在可见光范围吸收强的高性能富勒烯材料来取代PC61BM/PC71BM是非常重要的。本论文利用Prato反应设计合成了一系列富勒烯吡咯烷衍生物受体和电子传输层材料,并对它们的光学、电化学性质和光伏性能进行了研究。我们先合成了一系列烷氧基取代的N-苯富勒烯吡咯烷电子受体(FP1-FP5),紫外-可见吸收光谱测试表明FP1-FP5在400-490 nm范围内的吸收均强于PC61BM。循环伏安测试结果表明它们的LUMO能级与PC61BM较为接近。以聚(3-己基噻吩)(P3HT)为给体,FP2和FP3为受体的聚合物太阳能电池的最高能量转换效率分别为3.27%、3.30%,与P3HT:PC61BM的器件效率相当,这说明特定位置的甲氧基取代对光伏性能有显著影响。另外,我们还探索了以窄带隙聚合物PTB7为给体,FP2和FP3为受体的器件的光伏性能。我们合成了一系列N-苯富勒烯吡咯烷电子传输层材料(FP6-FP9),紫外-可见吸收光谱测试表明FP6-FP9在400-480 nm范围内的吸收均强于PC61BM。循环伏安测试结果表明它们的LUMO能级与PC61BM较为接近。首先我们将其用于钙钛矿太阳能电池电子传输层研究,其中,FP6,FP7的器件效率分别为14.82%,12.29%。接下来,我们制备的以P3HT为给体,FP6和FP9为受体的聚合物太阳能电池的最高效率分别达到2.67%、2.69%。之后我们制备了以PTB7为给体,FP6为受体的聚合物太阳能电池,器件效率最高为5.63%。相对于甲氧基,噻吩基取代的N-苯富勒烯吡咯烷衍生物可能与窄带隙聚合物具有更好的兼容性。