9,9′-聯芴烯衍生物在有機光伏電池中的應用

趙玉玲，李艷梅，劉瀟瀟，俞天智

(1.蘭州交通大學化學與生物工程學院, 甘肅 蘭州 730070)(2.蘭州交通大學 光電技術與智能控制教育部重點實驗室, 甘肅 蘭州 730070)(3.蘭州交通大學機電學院，甘肅 蘭州 730070)

1 前 言

自20世紀50年代有機化合物的半導體性質被發現以來，相關領域的科學家合成了大量具有光、電、熱和磁等功能的化合物，并對它們的性質、器件制備進行了深入研究。有機光電功能材料作為一種具有光電活性的有機材料，能有效地實現光能與電能之間的轉換，被廣泛應用于有機太陽能電池(organic solar cell)、有機發光二極管(organic light emitting diode)、有機晶體管(organic transistors)等領域[1, 2]。與無機光電材料相比，有機光電材料具有明顯的優勢：質量輕、柔韌性好；易于進行化學結構修飾、裁剪和合成，無資源存量的限制；器件制備工藝簡單，可采取印刷、噴墨、打印等溶液加工方法，成本低；易于制作大面積/柔性器件。其在新能源、新型平板顯示、固體照明、信息的存儲與傳輸、柔性顯示等領域顯示出廣闊的應用前景。此外，有機光電功能材料具有多樣化的結構組成和寬廣的性能調節空間，且可以通過分子設計來獲得所需的性能，已經成為發光領域以及光伏領域的研究熱點和前沿，成為21世紀化學及材料科學領域重要的研究方向之一。

9,9′-聯芴烯(9,9′-BF)由于其獨特的14π(4n+2)電子芳香結構，成為了近年來被研究與開發的一類新型有機光伏材料。從結構上看，芴及其衍生物由于含有一個剛性的平面內聯苯單元，因而熱穩定性和化學穩定性都很好。而9,9′-聯芴烯可以看作是在兩個芴的C9與C9′之間由雙鍵連接形成的四苯并富瓦烯，該結構很容易接受一個電子，使其中一個芴環成為14個π電子的芳香環。此外，9,9′-聯芴烯有12個不同的取代位，與富勒烯相比，其結構更具靈活性。自2010年Wudl等[3, 4]首次將9,9′-聯芴烯衍生物應用于有機光伏器件以來，新型9,9′-聯芴烯衍生物光電功能材料的開發及應用受到廣泛重視。本文介紹了近年來9,9′-聯芴烯衍生物光電功能材料的研究進展。

2 聯芴烯類有機光電功能材料

2.1 芴單體與9,9′-聯芴烯的結構與性能

芴環具有特殊的剛性平面聯苯結構(如圖1所示)，其結構中兩個苯環通過一個C—C單鍵和一個橋連的亞甲基連接。兩個苯環與一個亞甲基幾乎在同一個平面上[5, 6]，增加了整個芳香體系的軌道重疊和共軛程度。芴的雙苯環結構使得芴具有更強的剛性和熱穩定性，以及更加明顯的光致發光和電致發光現象(與苯環相比)[7-9]。芴分子中，9位sp3雜化結構碳原子上的質子具有顯著的酸性，可以被堿(如氫氧化鈉)脫去生成橙黃色具有芳香性的陰離子，形成含有14個電子的芳香體系。因此可以把亞甲基看作是芴的化學活性位點，用于合成芴的功能性衍生物。固態芴的熒光量子效率高達60%～80%，帶隙能大于2.90 eV。其2位、7位以及9位碳上易于進行結構修飾引入多種官能團。芴的這些特殊結構使其衍生物在諸如光電、生物、醫藥等領域具有潛在的應用價值,近些年來得到了廣泛的研究與開發。在光電材料領域, 芴類衍生物如高分子聚芴材料作為有機光電材料, 已成為一種非常重要并被許多學者認為最有希望商業化的藍光材料[10-12]。

以芴為原料，經過各種氧化法可制備出9-芴酮(結構如圖1)。常見的制備方法有：氧化劑氧化法[13]、空氣液相氧化法[14]和空氣氣相氧化法[15, 16]。9-芴酮是在芴的9位上存在一個羰基，由于分子內羰基插在兩個苯環中間，促使整個分子的π共軛體系延伸，并且增加了它的穩定性。9-芴酮是一種重要的有機合成原料，廣泛應用于光學材料、有機染料、農藥、塑料添加劑等領域[17-20]。

9,9′-聯芴烯(結構如圖1)是典型的雙三環芳烯(bistricyclic aromatic ene)，具有中心五元環的結構，該化合物是富勒烯的一個片段，且是制備巴克球(Buckyball)的起始原料。在基態時，9和9′位C原子雙鍵連接作用，使得9,9′-聯芴烯結構趨于共平面性。但由于H1-H1′和H8-H8′的相互排斥作用，導致9,9′-聯芴烯以扭曲構象形式存在，上下兩個芴環平面間的扭角為32°[21]。

圖1 芴、9-芴酮及9,9′-聯芴烯的分子結構Fig.1 Structures of fluorene, 9-fluorenone and 9,9′-bifluorenylidene

9,9′-聯芴烯具有以下特點：① 9,9′-聯芴烯可以看成是芴被9和9′位碳原子用雙鍵連接形成的四苯并富瓦烯，其含有一個剛性的平面內聯苯單元，因此具有良好的熱穩定性和化學穩定性；② 9,9′-聯芴烯具有靈活的支架結構，理論上有12個不同的取代位點，可將合適的官能團引入9,9′-聯芴烯骨架上來合成所需要的功能分子；③ 9和9′位的兩個碳原子是以sp2雜化形式存在，并且提供了一個平面離域結構，很容易接受一個電子，使其中一個芴環成為具有14個π電子的芳香環。因此，9,9′-聯芴烯很容易接受電子，從而提升該類材料的最低未占分子軌道(LUMO)能級，使得器件的開路電壓增大[3]。

2.2 聯芴烯的合成方法

早在1875年，Harpe等[22]首次報道了在氧化鉛中通過蒸餾芴來制備9,9′-聯芴烯的方法。此后所報道的聯芴烯衍生物的合成方法，是以芴酮衍生物為原料來合成各種聯芴烯衍生物[23-27]。根據現有的文獻報道，可將聯芴烯衍生物的合成方法歸結為兩種：① 一鍋反應法 (one-pot reaction method)，② Barton雙擠出重氮-硫酮偶聯法(Barton’s double extrusion diazo-thione coupling method)。

2.2.1 一鍋反應法

一鍋反應法是在Lawesson (LR)試劑的作用下，將芴酮衍生物在甲苯中回流，即可直接合成出9,9′-聯芴烯衍生物。可能的反應機理如圖2所示。

一鍋反應法合成9,9′-聯芴烯衍生物具有簡單、快捷和易處理等特點，但該方法只適用于合成上下三環結構相同(即對稱結構)的目標化合物，一些對稱結構9,9′-聯芴烯衍生物的分子結構如圖3所示。

圖2 一鍋反應法合成9,9′-聯芴烯衍生物可能的反應機理Fig.2 Possible reaction mechanism for the synthesis of 9,9′-bifluorenylidene derivatives by one-pot reaction method

圖3 一些對稱結構9,9′-聯芴烯衍生物的分子結構Fig.3 Structures of some symmetrical 9,9′-bifluorenylidene derivatives

2.2.2 Barton雙擠出重氮-硫酮偶聯法

對于不對稱結構9,9′-聯芴烯衍生物(如圖4所示)的合成，最有效的方法是Barton雙擠出重氮-硫酮偶聯法。該方法一般是將一種芴酮衍生物在LR試劑作用下制成芴硫酮中間體，而將另一種芴酮衍生物先制成芴肼，然后轉變成重氮-芴中間體，再將芴硫酮中間體和重氮-芴中間體反應，最后得到目標產物。以9,9′-聯芴烯衍生物5的合成為例，其合成路線如圖5所示。

圖4 一些不對稱結構9,9′-聯芴烯衍生物的分子結構Fig.4 Structures of some asymmetrical 9,9′-bifluorenylidene derivatives

作者課題組在合成芴-C60化合物8的過程中，發現直接由芴肼可合成對稱9,9′-聯芴烯衍生物9(如圖6所示)[28]。為了驗證該合成方法的有效性，進一步合成了9,9′-聯芴烯衍生物10和11(如圖7所示)。

對于該反應，作者課題組提出了如圖8所示的可能反應機理。反應中，首先由芴肼轉變成9-重氮-芴中間體II，其中部分中間體II在高溫下脫去N2轉變成芴卡賓中間體III。中間體II和芴卡賓中間體III偶聯得到對稱9,9′-聯芴烯衍生物IV。

圖5 9,9′-聯芴烯衍生物5的合成路線Fig.5 Synthetic route for 9,9′-bifluorenylidene derivative 5

圖6 9,9′-聯芴烯衍生物8和9的合成路線[28]Fig.6 Synthetic routes for 9,9′-bifluorenylidene derivatives 8 and 9[28]

圖7 9,9′-聯芴烯衍生物10和11的分子結構[28]Fig.7 Structures of 9,9′-bifluorenylidene derivatives 10 and 11[28]

圖8 9,9′-聯芴烯衍生物IV可能的合成機理Fig.8 Possible reaction mechanism for 9,9′-bifluorenylidene derivative IV

2.3 聯芴烯類衍生物在有機光伏中的應用

在人類對能源使用需求日益增長和化石燃料日趨減少，以及環境污染不斷加劇的社會大背景下，太陽能的開發和利用已經刻不容緩。太陽能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，有著巨大的開發應用潛力。太陽能的利用主要有光熱轉換和光電轉換兩種方式，光熱轉換是指通過恰當、有效的方式將太陽輻射能集中起來轉換成熱能，以滿足不同的生活、生產需求，最為典型的就是太陽能熱水器的應用；光電轉化是指通過光伏效應將太陽輻射能直接轉化為電能。

自1954年美國貝爾實驗室成功研制出第一塊效率高達6%的真正意義上的p-n結晶體硅太陽能電池器件以來[29]，科學家們致力于制作各類太陽能器件，期望能夠通過有效利用太陽能來解決化石燃料枯竭的能源危機。目前研發的單晶硅、多晶硅、無定形硅等硅基無機太陽能電池，其光電轉化效率高達26.7%[30]，已經在日常生活中實現了商業化應用。但是無機太陽能電池制作成本高、生產工藝復雜，而且窄帶隙半導體具有嚴重的光致衰退等缺點，很大程度上制約了太陽能發電技術的推廣應用。近年來，由于有機/聚合物薄膜太陽能電池具有制作成本低、重量輕、制備工藝簡單以及可以制作成柔性器件等優點，使得有機太陽能電池成為新一代太陽能電池的重要發展方向[31-33]。近10多年來，可溶液加工的體異質結有機太陽能電池的發展取得了極大進步，采用PC71BM作為受體材料制備單層光活性層的光伏器件最高轉化率達到10.61%[34]，制備的串聯3層倒置結構的光伏器件最高光電轉化效率已經達到了11.83%[35]。侯劍輝課題組以非富勒烯小分子材料(IT-M)作為電子受體材料，以聚合物(PBDB-T)為給體材料，所制備的倒置結構聚合物太陽能電池的最高光電轉換效率達到12.05%[36, 37]；采用三元共混體系的活性層(PBDB-T∶IT-M∶Bis[70]PCBM,質量比1∶1∶0.2)所制備的聚合物太陽能電池，最高光電轉換效率達到12.20%[38]。該團隊以環境友好的鄰二甲苯/1-苯基萘混合溶劑處理PBTA-TF∶IT-M活性層，所制作的光伏器件的最高光電轉化效率超過了13%[39]。

近年來，有機光伏材料和器件制備等方面都取得了迅速發展。為了制備高效率有機太陽能電池，除了優化光伏器件結構外，最根本的方法就是開發新型的有機光伏材料。有機光伏材料根據分子量的大小可分為聚合物和小分子兩類，小分子相對于聚合物更易純化，溶解性好，易于化學修飾。根據傳遞電荷的種類又可分為給體材料(p型)和受體材料(n型)。對于給體材料，目前研究比較多的是具有強而寬的光譜吸收、高空穴傳輸能力、與受體材料能級匹配的窄帶隙材料[40]。受體材料則主要為可溶性富勒烯衍生物(如PC61BM和PC71BM)。然而富勒烯及其衍生物材料的吸光波長范圍較窄、親和能高、溶解性差、制備和提純困難、成本高、能級調控有限等特點，嚴重制約了富勒烯衍生物作為有機太陽能電池電子受體材料的廣泛應用和器件性能的進一步提升[41, 42]。非富勒烯有機小分子電子受體材料由于其能級可調、合成簡便、制作成本低、溶解性能優異等特點吸引了人們越來越多的關注。更重要的是, 此類材料在可見太陽光光譜中比富勒烯及其衍生物材料具有更為寬廣的吸收范圍[43-45]。一些具有代表性的非富勒烯小分子受體材料已有文獻進行了詳盡的報道[46-51]。

2.3.1 聯芴烯類衍生物作為電子受體材料

聯芴烯類衍生物作為有機光伏材料是近幾年才逐漸興起的，聯芴烯的LUMO能級很容易通過9,9′-聯芴烯芳香環骨架上外圍基團來調節。2010年，Wudl等[3]首次報道了9,9′-聯芴烯衍生物電子受體材料化合物12和化合物13(圖9)，其中12-(3,6-二甲氧基-芴-9-亞甲基)-12H-二苯并芴(化合物13)與給體材料P3HT的LUMO能級差僅為0.12 eV，將P3HT與化合物13以質量比1∶1.5共混作為活性層制成光伏電池，用Ba作陰極時，其開路電壓(Voc)達到了1.10 V，幾乎是以PC61BM為受體材料所制器件的兩倍，器件的光電轉換效率達到了1.7%(填充因子FF為0.40)。2013年，Hwang課題組[52]設計合成了線型9,9′-聯芴烯衍生物受體材料TFBF(2,2′,7,7′-四(9,9-二乙基-9H-芴)-9,9′-聯芴烯)(化合物14)，其LUMO能級為-3.49 eV，將其與P3HT以質量比1∶0.4共混后制成了光電轉換效率為0.26% (Voc= 0.7 V, 短路電流Jsc= 1.20 mA/cm2,FF=0.30)的光伏器件。該課題組[53]還以未取代的9,9′-聯芴烯和類9,9′-聯芴烯衍生物4,4′-BP(4,4′-bicyclopenta[def]phen-anthrenylidene)(化合物15)作為電子受體材料，分別將其與P3HT以質量比1∶0.7共混后制成光伏器件，在同樣的條件下，以9,9′-聯芴烯制成的光伏器件的光電轉化效率達到了2.28%(Voc= 1.07 V,Jsc=5.04 mA/cm2,FF=0.42)，而4,4′-BP(化合物15)器件則沒有光伏效應。究其原因，9,9′-聯芴烯得到一個電子時表現出(4n+2)電子芳香結構，而4,4′-BP得到一個電子時為4n電子反芳香結構。2014年，Hwang課題組[54]又合成了2,2′-二溴-7,7′-二(二苯胺基)-9,9′-聯芴烯(化合物16)電子受體材料，其光譜帶隙為2.34 eV，LUMO能級為-3.25 eV。將其與P3HT按質量比0.7∶1混合，使用Al作陰極時得到的器件的光電轉化效率為0.27%(Voc= 0.71 V,Jsc=1.29 mA/cm2,FF=0.29)。雖然該材料相較于9,9′-聯芴烯具有更窄的光譜帶隙和較高的LUMO能級，但以其制作的光伏器件的光電轉化效率很低，究其原因，是器件的短路電流和填充因子太低。

圖9 9,9′-聯芴烯衍生物小分子電子受體材料的分子結構Fig.9 Structures of 9,9′-bifluorenylidene derivatives as small-molecular acceptors

9,9′-聯芴烯衍生物作為電子受體材料，其LUMO能級與給體材料P3HT的LUMO能級較匹配，可以有效降低給受體之間LUMO能級差帶來的能量損失，器件的開路電壓較高。但前期所報道的9,9′-聯芴烯衍生物的電子遷移率較低，使得該類材料制作的光伏器件的光電轉化效率過低。為了進一步提高9,9′-聯芴烯衍生物的電子遷移率以及材料在可見及近紅外光區對光的吸收強度，近兩年對該領域的研究主要是通過對聯芴烯基骨架結構進行修飾，將具有拉電子能力和較高電子遷移率的生色團嫁接在9,9′-聯芴烯核上，從而提高該類受體材料的電子遷移率和吸光強度。

2016年，Marder等[55]將具有較強電子親和勢、較高電子遷移率和吸光度的苝二酰亞胺衍生物(PDI)和萘酰亞胺衍生物(NDI)分別嫁接在9,9′-聯芴烯核的2-、2′-、7-和7′-位上，合成了兩個9,9′-聯芴烯衍生物受體材料化合物17和化合物18，它們的最大吸收波長分別位于528和459 nm處，光譜帶隙分別為2.09和2.24 eV。這兩個電子受體材料分別與窄帶隙的聚合物電子給體材料PTB7-Th(圖10)按質量比1∶1.5共混，并分別使用質量分數為3%的1-氯萘(CN)和質量分數為2%的1,8-二碘辛烷(DIO)作為溶劑添加劑來優化其成膜形態，制備結構為ITO/ZnO/活性層/MoO3/Ag的太陽能電池，兩個器件的光電轉化效率分別達到3.64%和2.28%。而這兩個電子受體材料分別與聚合物給體材料PTB7共混制備的器件的光電轉化效率較低，分別為2.53%和1.08%。Ong等[56]將帶有不同于上文烷基的苝二酰亞胺衍生物(PDI)分別嫁接在9,9′-聯芴烯核的2-和7-位上以及2-、2′-、7-和7′-位上，合成了電子受體材料化合物19和化合物20，它們的光譜帶隙均為1.94 eV，LUMO能級分別為-3.83和-3.92 eV，最高占據分子軌道(HOMO)能級分別為-5.77和-5.86 eV。兩個化合物的LUMO和HOMO能級與PCBM的LUMO和HOMO能級基本相當，因此從能級角度來講，兩個化合物均可作為電子受體材料用于有機光伏器件。將二者分別與給體材料PTB7-Th按質量比1∶1共混，并使用3%的1-氯萘作為溶劑添加劑來優化其成膜形態，制備結構為ITO/ZnO/活性層/MoO3/Ag的光伏器件，兩個器件的光電轉化效率分別達到2.46%和4.43%。若選擇更匹配的聚合物給體材料，以化合物20為電子受體材料制備的光伏器件有望得到更高的光電轉化效率。

圖10 電子給體材料PTB7-Th和PTB7的分子結構[55]Fig.10 Structures of PTB7-Th and PTB7 as electron donors[55]

Gupta等[57]將強拉電子的吡咯并吡咯二酮(DPP)基團嫁接在9,9′-聯芴烯核的2-、2′-、7-和7′-位上，合成出化合物21。該化合物的吸收光譜覆蓋了整個可見光區(350～800 nm)，最大吸收峰位于599 nm，并且在可見光區具有較強的光吸收系數(9.1×104 L·mol-1·cm-1)。此外，該化合物具有較好的溶解性、熱穩定性以及較高的電子遷移率。其LUMO和 HOMO能級分別為-3.84和-5.51 eV，與經典給體材料P3HT的能級較匹配。將化合物21與P3HT按質量比1∶1共混，制備結構為ITO/PEDOT∶PSS/活性層/Ca/Al的光伏器件，其Voc達到了1.17 V，Jsc為7.74 mA/cm2，光電轉換效率達到了5.42%(填充因子FF為0.60)。相同條件下，基于PC61BM參比器件的最大光電轉化效率僅為3.01%(開路電壓Voc為0.56 V)。

2.3.2 聯芴烯類衍生物作為電子給體材料

9,9′-聯芴烯衍生物不僅可設計為有機小分子電子受體材料，而且可以通過對9,9′-聯芴烯核的修飾使之成為電子給體材料。Pu課題組[58]設計合成了一個烷基聯噻吩取代的9,9′-聯芴烯有機小分子給體材料22和一個并吡咯與9,9′-聯芴烯共聚得到的聚合物給體材料23(圖11)。與未發生取代的9,9′-聯芴烯相比，化合物22由于π-共軛程度增大，其溶液和薄膜的紫外吸收光譜發生紅移，兩個最大吸收峰分別位于330和600 nm處，薄膜的吸收光譜帶邊延伸到800 nm以上。聚合物23溶液和薄膜的最大吸收峰大致位于800 nm，薄膜的吸收光譜帶邊延伸到900 nm以上。兩個材料的LUMO能級分別為-3.05和-3.11 eV，HOMO能級分別為-5.08和-5.22 eV。當以PC71BM為電子受體材料，制備結構為ITO/PEDOT∶PSS/22或23∶PC71BM/Ca/Al的光伏器件時，經器件結構優化，光電轉化效率分別達到1.29%和4.94%。

圖11 9,9′-聯芴烯衍生物電子給體材料的分子結構[58]Fig.11 Structures of 9,9′-bifluorenylidene derivatives as electron acceptors[58]

作者課題組也詳細研究了低聚噻吩鏈的長短對9,9′-聯芴烯光物理和電化學性質影響[59]，分別將單噻吩環、三聯噻吩環和四聯噻吩環嫁接在9,9′-聯芴烯核的2-和2′-位上，合成了3個化合物9(STBF)、化合物10(TTBF)和化合物11(FTBF)。研究結果表明，隨著噻吩環個數的增加，化合物的LUMO和HOMO能級都相應增加。化合物9(STBF)、化合物10(TTBF)、化合物11(FTBF)以及9,9′-聯芴烯[52]、P3HT和PC61BM的LUMO和HOMO能級如圖12所示。從能級的角度來看，化合物9的能級與P3HT的能級匹配，有望組成給受體對制備光伏器件。而化合物10的LUMO能級與P3HT的LUMO能級差不多，化合物11的LUMO能級高于P3HT的LUMO能級，更趨向于作為給體材料。但是化合物10和化合物11的吸收光譜較短，最大吸收峰分別位于388和413 nm處。如果與PCBM組成給受體對的活性層，在可見光區光的吸收太弱，器件的光電轉化效率也相應較低。

圖12 化合物9(STBF)、10(TTBF)、11(FTBF)、9,9′-聯芴烯、P3HT和PC61BM的LUMO和HOMO能級Fig.12 HOMO and LUMO energy levels of compound 9, 10, 11, 9,9′-BF,P3HT and PC61BM

2.3.3 聯芴烯類衍生物在鈣鈦礦太陽能電池中的應用

聯芴烯衍生物除了被設計成電子受體材料和電子給體材料外，Nazeeruddin等[60]設計合成了結構如圖13所示的化合物24，將其作為空穴傳輸材料應用于鈣鈦礦太陽能電池中。該器件的光電轉換效率達到17.8%。研究結果表明，9,9′-聯芴烯核是理想的、很有前景的構建空穴傳輸材料的結構單元。

圖13 作為空穴傳輸材料的9,9′-聯芴烯衍生物的化學結構[60]Fig.13 Structure of 9,9′-bifluorenylidene derivative (24) as hole-transporting material[60]

太陽輻射的光譜主要集中在可見光(400～760 nm)部分，位于波長大于可見光的紅外線(>760 nm)和小于可見光的紫外線(<400 nm)部分的較少。在全部輻射能中，波長在150～4000 nm之間的占99%以上，且主要分布在可見光區和外紅區，前者占輻射總能量的約50%，后者占約43%，紫外區的太陽輻射能很少，只占總能量的約7%。為了將現已報道的9,9′-聯芴烯衍生物的吸收光譜與太陽輻射光譜進行比較，表1中列出了各種9,9′-聯芴烯衍生物的最大吸收波長(λmax)、吸收光譜帶邊(λonset)、HOMO/LUMO能級、光譜帶隙(Eopt)以及光伏器件的開路電壓(Voc)、短路電流(Jsc)、光伏器件的填充因子(FF)和光電轉換效率等。

表1 相關聯芴烯衍生物的光物理數據，以及其相應光伏器件的參數

3 結 語

有機光伏器件的效率及器件壽命在過去十幾年里取得了快速的發展，這應歸功于光伏材料的不斷發展以及對器件結構更加深入的理解與認識。近年來，隨著對非富勒烯有機小分子受體材料的不斷開發和研究，該領域的研究取得了客觀的進步。一些性能突出的非富勒烯有機小分子受體材料(如IT-M)的光伏器件效率已經超過了13%。設計合成新型非富勒烯有機小分子受體材料以替代富勒烯類受體材料是一條行之有效的方法。

本文詳細地介紹了聯芴烯類衍生物的合成方法以及近年來所報道的有關聯芴烯類衍生物光伏材料和器件性能。總體而言，聯芴烯類衍生物是近年來才逐漸興起的一類新興光伏材料，目前所報道的該類材料的器件性能尚不理想，只有個別材料的光電轉化效率超過了5%。然而，此類材料合成簡單、結構修飾多樣化、能級調控簡便易行，已經受到越來越多的關注，相信在未來的幾年里該類材料的器件性能會有所突破。針對聯芴烯類衍生物電子遷移率較低和吸收光譜范圍較窄的缺陷，在對該類材料進行結構修飾和能級調控時，應該考量以下幾個方面：① 拓寬材料在可見光區的吸收光譜，提高材料的摩爾消光系數；② 提高材料的電子遷移率，同時要考慮到與共混給體材料空穴遷移率的平衡，保證有效的電荷傳輸；③ 較長的激子擴散長度，使激子有效遷移到給-受體界面。