探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇 028

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探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇

028 富勒烯时代：PCBM曾经的光荣与逐渐褪去 2025-10-11

PCBM作为一种重要的富勒烯衍生物，确实在有机电子学发展初期扮演了关键角色，其变迁也折射出材料科学的进步。下面这个表格梳理了PCBM的基本情况及其面临的挑战：

维度 PCBM的核心特点与价值 面临的主要挑战与局限
化学本质 [6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯，一种富勒烯衍生物 结构调控相对固定，能级修饰灵活性不如新型非富勒烯受体。
核心特性 良好的溶解性、高的电子迁移率、n型半导体特性 在追求更高效率的器件中，其电子迁移率和溶解性仍需进一步提升。
主导应用 有机太阳能电池中的电子受体标准物、钙钛矿太阳能电池、场效应晶体管、光电探测器 在新一代光电器件中，性能逐渐被非富勒烯受体超越。
市场与产业 曾被Solarmer、Konarkar等公司商业化应用于有机太阳能电池 市场份额受到新型材料冲击；基于QYResearch的统计及预测，未来市场增长面临挑战。

PCBM的局限与挑战

PCBM在实际应用和未来发展中也确实存在一些不容忽视的问题：

性能瓶颈日益凸显

吸光性与能级调节：PCBM的吸光范围较窄，对太阳光谱中能量较高的光子利用不足。其能级位置相对固定，难以通过与给体材料的搭配实现最优的能量匹配，这限制了器件开路电压和效率的进一步提升。

电子迁移率：尽管PCBM的电子迁移率曾是其优势，但在追求极高效率的今天，已显得不够。迁移率限制会影响活性层厚度，进而影响光吸收和器件性能。

形态控制与稳定性难题

PCBM与聚合物给体材料共混时，容易形成过大的聚集相，这会导致相分离尺度不理想，影响激子分离和电荷收集。其形貌稳定性也存在问题，长期运行或受热时，共混膜形貌可能发生变化，导致性能衰减。

虽然百灵威公司强调其供应的高品质PCBM具有纯度高（99.5%）和批次质量稳定的特点，但富勒烯衍生物普遍的纯化过程复杂确是事实，这推高了生产成本。


新兴材料的强势竞争

近年来，Y6及其衍生物等新型非富勒烯受体（NFA） 迅速发展。这些材料具有吸光范围宽、能级可调性强、成本潜力更低等优势，目前在实验室报道的光电转换效率上已大幅超越基于PCBM的器件。


PCBM的遗产与未来

尽管PCBM在主流高性能太阳能电池研发中的光环逐渐褪去，但它留下的遗产和未来可能的出路依然值得关注：

历史贡献不可磨灭：PCBM作为有机电子学领域的“标杆”材料，极大地推动了人们对有机半导体物理、体异质结器件物理的理解，为后续新材料的设计提供了宝贵经验和参照体系。

在特定领域仍有价值：在某些对效率要求不极致，但更关注电子迁移率、特定工艺适配性或材料稳定性的场景，PCBM因其n型半导体特性，高电子迁移率，以及作为电子传输材料的成熟工艺，依然可能被使用。此外，在光动力疗法（PDT） 等领域，PCBM与导电聚合物（如MEH-PPV）共混制备的纳米颗粒作为光敏剂的研究也在进行中。

启发新材料设计：PCBM的结构与原理启发了许多新型受体材料的设计。可以说，PCBM是许多高性能非富勒烯受体材料的“启蒙老师”。

PCBM的历程正如许多技术发展一样：一个材料因其独特性质开启了一个新的研究领域，达到了某种应用极限后，便会将火炬传递给更适合下一代需求的材料。PCBM在科学研究和特定应用中，仍会保有一席之地。