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oe1(光电查) - 科学论文

12 条数据
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  • 分子堆积：有机及聚合物光电子材料性能的另一关键要素

    摘要： 光电子材料的性能由有机基团的集体行为所决定，这些聚集态展现出不同分子堆积方式下扩展组装体的特征性能，而不仅限于单个分子本身。因此，控制分子堆积是获得最佳光学和电学性能的关键问题。由于结构不明确以及包括色散力、静电作用和氢键在内的复杂分子间相互作用，这也是一项巨大挑战。此外，当引入某些外力作为刺激源时，可实现动态光学性能——在某些情况下通过光诱导室温分子堆积的转变，有时还能产生磷光（RTP）效应、力致变色发光、处理依赖性机械发光效应，以及电场极化后优化的非线性光学（NLO）性能。因此，从分子层面理解分子堆积特性与所得光电子性能之间的关系至关重要，这对于开发应用于有机发光二极管（OLEDs）、化学/生物传感器、有机太阳能电池、数据存储和防伪器件的功能材料日益重要。

    关键词： 聚集态、动态光学性质、光电子材料、分子堆积、分子间相互作用

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 两种供体异构体通过非共价构象锁定形成的理想合金用于三元有机太阳能电池

    摘要： 基于合金模型的三元有机太阳能电池（OSCs）通过形态学优化同步提升光电流、并通过能级调控提高开路电压（Voc），在最大化器件性能改进方面具有巨大潜力。然而，合理设计兼容材料并构建有效合金仍具挑战。本研究设计合成了两种供体异构体BT-TO-ID和BT-OT-ID（其烷氧基团通过非共价构象锁定于不同位置），以获得"理想合金"。当组分在全范围内变化时，观测到三元共混物开路电压在二元共混物电压极限间呈线性可调，证实了三元共混物呈现理想合金特性。由于两种异构体间强相互作用，三元共混物中观察到面朝分子堆积与适宜相分离，这促进了电荷传输并抑制电荷复合。与基于BT-OT-ID的二元器件相比，三元共混器件性能分别获得76%和29%的显著提升。因此，本研究为三元OSCs中构建有效合金提供了潜在的分子设计策略。

    关键词： 开路电压，非共价构象锁定，合金模型，器件性能，分子堆积，相分离，三元有机太阳能电池，给体异构体

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 通过端基调控提升ITIC的电子迁移率：氟化与π共轭扩展的作用

    摘要： 采用ITIC衍生物作为电子受体的非富勒烯有机太阳能电池（OSCs）已实现高达14%的功率转换效率，但其最佳活性层厚度仍限制在约100纳米，这主要归因于这些受体约4 cm2/Vs的低迁移率。由于稠环核上庞大侧链的空间位阻效应，ITIC倾向于在吸电子端基（IC）之间形成局部π-π堆叠，该结构构成了体相材料中主要的电子传输通道。本研究通过多尺度理论模拟系统探究了IC苯基部分不同氟取代及π扩展（即苯环稠合）位置对电子传输性能的影响。结果表明：通过合理的氟化和π扩展（尤其是π扩展）可显著提升电子迁移率——这是由更低的重组能和更强的端基π-π相互作用所致。此外，π扩展与氟化的协同优化能使电子迁移率较ITIC提升近六倍。本工作证明通过端基工程可有效提升A-D-A型非富勒烯受体的电子迁移率，为开发高性能有机太阳能电池开辟了新途径。

    关键词： 电子迁移率、分子堆积、非富勒烯受体、端基工程

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 通过供体聚合物上合适的侧基实现三元本体异质结中分子堆积的显著增强

    摘要： 三元策略通过采用组合光活性混合物为拓宽聚合物太阳能电池（PSCs）的光响应范围提供了可行途径，但这也可能导致体相形貌调控更为复杂。实现同时增强电荷传输与光吸收的理想形貌是提升器件性能的关键方向。本研究在双受体三元体系中引入两种侧链长度不同的聚合物（P1基于苯基侧链，P2基于联苯基侧链），以探究共轭侧链与三元体系结晶行为的关系。P1三元体系实现了13.06%的显著功率转换效率（PCE）提升，这归因于增强的结晶度带来的强烈宽谱光响应及改善的电荷传输。相反，P2三元器件仅表现出8.97%的较低PCE，其性能下降主要源于过长共轭侧链导致的组分分子堆积紊乱。结果表明：共轭侧链可通过调控三元体系中组分的结晶度显著影响器件性能。

    关键词： 三元体系、三元体异质结、互补吸收、聚合物太阳能电池、分子堆积、侧链效应

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 通过端基π-π堆积减小单重态-三重态能隙以实现高效有机光伏器件

    摘要： 为提高有机太阳能电池的功率转换效率，必须同时增强光吸收并减少能量损失。最低单重态（S1）和三重态（T1）激发态的能量都需接近电荷转移态，以降低激子解离和三重态复合过程中的能量损失。同时，降低S1能量可拓宽光吸收范围。因此，缩小单重态-三重态能隙（ΔEST）至关重要，特别是对于决定器件T1能量的窄带隙材料。虽然最大化分子内推拉效应能大幅减小ΔEST，但必然导致振荡强度减弱和光吸收降低。研究发现，由于适度的推拉效应，当前最先进的A-D-A型小分子受体（ITIC、IT-4F和Y6）具有较大的振荡强度（≈3）和适中的ΔEST（0.4-0.5 eV）。值得注意的是，薄膜中常见的端基π-π堆积可使S1能量显著降低近0.1 eV，而T1能量几乎不变。所实现的ΔEST减小对有效抑制三重态复合并获得较小的激子解离驱动力至关重要。因此，端基π-π堆积是实现高效有机光伏器件低能量损失与高效光吸收的有效途径。

    关键词： 能量损失、三重态复合、分子堆积、非富勒烯受体

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 由激基复合物反应与激发态分子内质子转移相互作用引发的力致变色现象

    摘要： 激发态分子内质子转移（ESIPT）与激基缔合物形成分别是单分子和双分子反应，这两种反应的耦合现象此前鲜有报道。本研究展示了CF3-HTTH（2,2′-(噻唑并[5,4-d]噻唑-2,5-二基)双(4-(三氟甲基)苯酚)）固态晶体中ESIPT与激基缔合物形成的相互作用，从而产生覆盖420至750纳米的宽谱多重发射。通过对晶体晶格中CF3-HTTH开展的全面结构分析、时间分辨光谱及双光子显微研究，揭示了常态（N*）与互变异构体（T*）形式之间的预平衡ESIPT过程——缓慢的种群衰减与有序的晶格堆积促进了激基缔合物（E*）的形成，进而产生N*（460纳米）、T*（520纳米）和E*（600纳米）三重发射。相比之下，固体表面较低的堆积程度抑制了激基缔合物形成，仅呈现ESIPT过程。发光特性与堆积结构的相关性阐明了基于分子固体架构的力致变色效应机制，并为聚集诱导特性提供了新见解。

    关键词： 固态发光、激基复合物形成、激发态分子内质子转移、分子堆积、力致变色

    更新于2025-09-22 12:35:02

  • 通过可变形碳硫键实现晶体多构象控制以调控单重态-三重态发光

    摘要： 多年来，晶体态发光体在光电子学领域备受关注，但晶体层面的激发态调控仍受限于控制手段的匮乏。我们报道了单重态-三重态发射特性可通过晶体构象畸变进行深度调控。以氟代四芳基硫代苯发光体为原型，发现不同结晶过程中会形成多种分子构象?？杀湫蔚奶?硫键本质驱动了分子构象畸变并改变堆积模式，配合多样的非共价相互作用，实现了荧光与磷光波段的比例调节。该内禀策略进一步应用于固态多色发射和力致发光，或为智能晶体发光材料设计提供新思路。

    关键词： 发光、晶体工程、非共价相互作用、分子堆积、单晶构象

    更新于2025-09-23 02:56:03

  • 分子有序与能量有序主导了小能量偏移有机太阳能电池中的光电流生成过程

    摘要： 在有机太阳能电池（OSC）中，最小化给体（D）与受体（A）之间的能级偏移对减少电荷转移（CT）损失并提高开路电压（Voc）至关重要。然而，这引发了关于小能级偏移OSC中电荷分离驱动力的争议话题?；钚圆阒械姆肿佣鸦负谓峁咕龆四芗队胂葳迕芏?，但其与驱动力的关联却鲜少被探讨。受限于典型体异质结（BHJ）器件中复杂的相分离形貌及能级测量不精确性，我们通过构建简洁稳健的PM7/N2200平面异质结模型来探究电荷产生驱动力的起源。值得注意的是，较小能级偏移的器件反而表现出更高效率。进一步分析显示：具有短程堆积PM7的双层器件相比长程堆积对应物，不仅能级偏移更小，其形貌缺陷与陷阱密度也更低。这种分子堆积特性减弱了D/A界面的能量无序性并抑制了陷阱辅助电荷复合，从而提升了短路电流（Jsc）与Voc。结果表明能级偏移对电荷分离实际影响有限，而分子有序性与能量有序性的协同调控才是提升OSC光电流产生效率与降低能量损失的关键。

    关键词： 能量偏移、有机太阳能电池、分子堆积、光电流产生、电荷分离

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 调节富勒烯受体在聚合物太阳能电池中的分子堆积与能级

    摘要： 富勒烯因其优异的物理化学性质被认为是制备体异质结聚合物太阳能电池(PSCs)极具前景的受体材料。本文合成了两种含不同特征官能团的新型富勒烯衍生物——2-苄基噻吩-C60双加成物(BTCBA)和2-(4-甲氧基苄基)噻吩-C60双加成物(MBTCBA)，并将其作为PSCs受体以研究富勒烯衍生物取代基对器件性能的影响。与BTCBA相比，由于2-(4-甲氧基苄基)噻吩官能团的给电子特性，MBTCBA具有更高的最低未占分子轨道(LUMO)能级。同时，MBTCBA分子间适度的相互作用促进了P3HT/MBTCBA共混膜形成有利的纳米相分离结构，从而获得更高的电子迁移率。因此，以P3HT为给体、MBTCBA为受体的PSCs器件实现了5.29%的功率转换效率(PCE)和0.81 V的开路电压(VOC)，显著高于BTCBA(3.54%)和PCBM(3.76%)基器件。本研究表明通过给电子基团修饰富勒烯受体来调控LUMO能级和分子堆积行为，可有效提升PSCs性能。

    关键词： 双加成富勒烯衍生物，富勒烯，LUMO能级，分子堆积，聚合物太阳能电池

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 烷基链支化位置对二聚苝二酰亚胺衍生物分子堆积及电子传输的影响

    摘要： 侧链在调控有机半导体中的分子间相互作用和电荷传输方面起着关键作用。本研究通过原子级分子动力学模拟结合电荷转移速率理论和动力学蒙特卡洛模拟，系统探究了烷基侧链分支位置对一系列湾位连接的二聚苝二酰亚胺（PDI）衍生物分子堆积与电子传输特性的影响。结果表明：尽管烷基链分支位置不同，所有二聚PDI衍生物的π-π堆叠均被有效抑制。随着分支位置远离PDI主链，主链周围的烷基原子出现频率先降低后升高，相应地PDI单元间的短程接触先增强后减弱。特别当分支位置位于第三个碳原子时，分子间连接最为有效，电子迁移率显著提升达2倍。

    关键词： 电子迁移率、分支位置、苝二酰亚胺、分子堆积

    更新于2025-09-10 09:29:36