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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 解决有机光伏中的性能挑战：关于相容剂的概述

    摘要： 基于体异质结（BHJ）混合材料的有机光伏（OPV）技术已趋成熟。这项技术自二十年前进入密集研发阶段以来，其低成本、易加工和柔性化的特性迅速吸引了科学界的关注——学界正寻求新方案以拓展太阳能光伏市场并推动可持续发展。然而，该技术的实际应用仍受多重因素制约：包括给体/受体材料的选择、器件的热/光稳定性问题，以及最关键的形貌控制问题。事实上，体异质结的微观结构对电荷产生、收集及复合过程具有显著影响；若能实现对纳米/微米级形貌的精准调控，将有望优化器件性能并解决上述关键难题。相容剂的应用已成为优化给体/受体界面（D/A-I）的一种前景广阔、经济可持续且适用性广泛的解决方案。采用这种方法无需构建复杂器件结构即可提升整体性能。尽管已有若干材料被证实为有效相容剂并得到充分研究，但相关科学报道仍较为零散。本文旨在全景式梳理相容剂领域的研究进展，重点聚焦过去十年的发展脉络。

    关键词： 混合界面、添加剂、体异质结、形貌调节剂、给体/受体界面、有机光伏、相容剂

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 具有低带隙的新型共轭化合物在体异质结太阳能电池中的理论研究：DFT与TD-DFT研究

    摘要： 近年来，体异质结太阳能电池因其科学价值与经济潜力备受关注，有望成为未来低成本光伏技术的代表之一。本研究采用B3LYP、PBEPBE、B3PW91和mPW1PW91等多种方法结合6-31G(d,p)基组，通过密度泛函理论(DFT)系统研究了由二酮吡咯并吡咯(DPP)衍生物、噻吩共轭侧链及2,5-双(三甲基锡基)噻吩构成的新型共轭聚合物r-PTTDPP50的电子与几何特性，以确定最适用的计算方法。通过CAM-B3LYP方法获取其吸收光谱特性后，将选用与实验数据吻合度最高的泛函方案，为有机电子器件领域设计其他候选结构。该研究成果将为合成更具光电活性的功能材料提供理论指导。

    关键词： 体异质结、密度泛函理论、太阳能电池、二酮吡咯并吡咯（DPP）、噻吩

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 氧化铜纳米粒子（CuO-NPs）作为体异质结太阳能电池中高效电子给体材料的用途及其功率转换效率的提升

    摘要： 在本研究中，我们尝试将湿化学合成的氧化铜纳米颗粒（CuO-NPs）作为混合体异质结（BHJ）太阳能电池的活性层。含有CuO-NPs的BHJ展现出与常规BHJ显著不同的物理特性，并证明其性能有显著提升。值得注意的是，加入CuO-NPs后，光活性层的形貌发生明显变化。引入CuO-NPs为BHJ太阳能电池提供了新的设计范式，使光电流密度从9.43 mA/cm2提升至11.32 mA/cm2，同时外量子效率也得到提高。此外，在不损害开路电压和填充因子的前提下，功率转换效率（PCE）从2.85%提高到3.82%。本研究所实现的PCE提升表明，设计含有无机纳米颗粒的高性能有机太阳能电池具有重要价值。

    关键词： 薄膜，体异质结，太阳能电池，外量子效率，氧化铜纳米粒子，光电流密度

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 用于体异质结太阳能电池的方酸菁激子扩散随分子间距离变化的测量与理论解释

    摘要： 体异质结（BHJ）有机光伏（OPV）器件的效率在很大程度上取决于光子吸收以及光生激子向电子给体与电子受体之间异质结界面的迁移。苯胺基方酸菁分子因其在OPV器件活性层中的成功应用而闻名，其中电子聚集会显著影响其吸收光谱、能量转移（EnT）及激子向该异质结界面的迁移。因此，长程跃迁偶极耦合及相关激发态的相对布居数决定了这些材料在光电器件中的整体效能。本研究通过亚皮秒瞬态吸收（TA）数据，探究了从溶液单分子到类OPV活性层高浓度固溶体薄膜（具有连续分子间间距）样品的激发态光物理特性。针对每种方酸菁浓度计算了能量转移时间，泵浦功率依赖性实验证实：尽管存在显著的H-聚集体优势，仍存在重要的能量转移过程。关键态的理论建模支持TA光谱的解析结果——激发态会弛豫至堆积更紧密的H-聚集体。本研究引发了对分子/聚合物BHJ器件中广泛存在的能量转移机制瓶颈的进一步思考。

    关键词： H-聚集、方酸菁、有机光伏、体异质结、激子扩散、能量转移

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 理解有机光伏器件在室内外条件下的性能：给体聚合物氯化的影响

    摘要： 理解供体聚合物的化学结构对其对应有机光伏器件在不同光照强度条件下光电性能的影响，对提升器件性能至关重要。我们合成了一系列基于聚[(2,6-(4,8-双(5-(2-硫乙基己基)噻吩-2-基)苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩))-交替-(5,5-(1′,3′-二-2-噻吩基-5′,7′-双(2-乙基己基)苯并[1′,2′-c:4′,5′-c′]二噻吩-4,8-二酮)](PBDB-TS)的共聚物，并研究了噻吩取代苯并二噻吩(BDT-Th)单元氯代对其光伏性能的影响。该聚合物的氯代处理形成了本体异质结(BHJ)形貌，既优化了电荷传输效率又抑制了漏电流，同时提高了器件的开路电压；这种优化使得有机光伏器件不仅在一倍太阳光照射条件下，而且在模拟室内光照的低光强条件下都实现了功率转换效率(PCE)的显著提升——在一倍太阳光下PCE从PBDB-TS的8.7%提高到氯代聚合物PBDT-TS-3Cl和PBDT-TS-4Cl的约13%，在500勒克斯荧光照明下从PBDB-TS的5.3%提升至PBDB-TS-4Cl的21.7%。值得注意的是，虽然一倍太阳光下的光伏效率与氯代位置无关，但PBDB-TS-4Cl在模拟室内光下的表现优于其衍生物PBDB-TS-3Cl。结果表明，在低光照条件下实现高效光吸收和载流子产生对获得高光伏效率起关键作用。

    关键词： 体异质结、苯并二噻吩、室内光、氯取代、有机光伏

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 原位测量有机光伏器件中膜厚依赖的光吸收光谱

    摘要： 有机给体-受体体异质结因其溶液可加工性、机械柔韧性和低成本，在太阳能电池应用中备受关注。此类薄膜的光伏性能强烈依赖于各组分的垂直相分离。尽管非原位方法测量的膜深依赖性光吸收光谱已被用于研究有机半导体薄膜的膜深分布，但原位测量仍存在技术瓶颈。本研究提出一种结合自主研制的原位测量仪器的解决方案，该仪器集成了电容耦合等离子体发生器、光源和光谱仪。这种原位测量方法及仪器易于获取且便于在有机电子学实验室配备，可便捷地研究膜深依赖的光学与电学特性。

    关键词： 光吸收、体异质结、光谱学、有机太阳能电池、深度剖析、有机光伏技术

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • PQT-12界面层对PCDTBT:PCBM体异质结太阳能电池性能的影响

    摘要： 本文报道了PQT-12界面层对基于PCDTBT:PCBM的体异质结(BHJ)有机太阳能电池(OSCs)性能的影响。该PQT-12界面层采用成本与材料效益俱佳的漂浮膜转移法(FTM)制备。研究表明，相比仅使用PEDOT:PSS空穴传输层(HTL)的器件，基于FTM技术的PQT-12 HTL能显著提升OSCs的功率转换效率(PCE)和外量子效率(EQE)。由于界面处高效的载流子传输，采用PQT-12复合结构的器件实现了最大短路电流密度(JSC=5.62 mA cm?2)、开路电压(VOC=562 mV)和填充因子(FF=0.33)。当采用PQT-12/PEDOT:PSS双层结构时，其PCE达到仅使用PEDOT:PSS HTL器件的近两倍。

    关键词： 有机太阳能电池（OSC）、PCDTBT、体异质结、PQT-12、浮动膜转移法（FTM）

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 全聚合物体异质结太阳能电池中光物理过程的量化研究

    摘要： 瞬态光学与电光实验的联合数据揭示了全聚合物太阳能电池中决定效率的关键过程，并能精确量化其产率。以本文测试体系为例，通过将实验测得的电流-电压特性与采用光谱学测定的动力学参数进行漂移-扩散模拟所得结果相比较，证实场致电荷分离是限制填充因子进而影响器件性能的因素。

    关键词： 全聚合物太阳能电池、体异质结、非富勒烯受体、瞬态吸收、有机光伏技术

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 采用超低暗电流近红外有机光电二极管的高精度光电容积脉搏波阵列

    摘要： 基于有机光电二极管（OPD）阵列的反射式血氧仪通过光体积描记法（PPG）有望在大面积区域及传统传感位置之外绘制血流脉动和氧合情况图谱。本研究开发了一种基于16×16 OPD像素的有机反射式PPG阵列。单个像素展现出近红外灵敏度（最高约950 nm）及低至10?? mA cm?2量级的暗电流密度，从而产生高质量的PPG信号。对完整PPG波形的分析可获取动脉僵硬度与血液循环质量信息，这表明此类阵列在脉搏血氧测定和心率计算之外具有更广阔的应用潜力。

    关键词： 光电容积描记法、有机光电二极管、体异质结、心跳、脉搏血氧测定法

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 基于苯并二噻吩的给体聚合物中噻吩侧链取代与主链氟化协同最小化ITIC基有机太阳能电池中的载流子损失

    摘要： 基于非富勒烯受体（NFA）的有机太阳能电池性能已超越富勒烯基器件，但其光物理机制尚不明确。本研究以ITIC为NFA，通过改变苯并二噻吩（BDT）-噻吩共聚物给体聚合物主链侧链取代基及主链氟化程度，揭示了其与体异质结（BHJ）太阳能电池光物理过程及性能的关联。当给体聚合物采用烷氧基取代时，观察到增强的束缚激子复合及更快的自由电荷非束缚复合，导致短路电流与填充因子同步受限；而噻吩基取代虽能抑制束缚激子复合（但非束缚复合仍显著），使短路电流密度提升却未改善填充因子。唯有噻吩基取代与主链氟化的协同作用，才能实现高效电荷分离与非束缚复合的大幅降低，最终获得超过60%的填充因子。时间延迟收集场测量证实：噻吩基取代给体聚合物:ITIC体系中电荷产生与电场无关，而烷氧基取代聚合物:ITIC共混体系呈现弱电场依赖性，表明低填充因子主要源于非束缚复合。该研究阐明了典型NFA（ITIC）体系中给体聚合物结构、BHJ光物理特性与器件性能的相互作用，尤其建立了给体聚合物化学结构与ITIC基BHJ共混体系中动力学参数变化及各过程产率的定量关联。

    关键词： 非富勒烯受体、超快光谱学、体异质结、电荷产生、有机光伏

    更新于2025-09-23 15:19:57