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高效稳定的GABr修饰理想带隙（1.35 eV）锡铅混合钙钛矿太阳能电池实现20.63%效率，创0.33 V极小开路电压损耗纪录
摘要： 基于1.5-1.6 eV带隙的铅基钙钛矿太阳能电池（PSCs）通过肖克利-奎塞尔模型具有30-31%的理论效率极限，其功率转换效率（PCEs）已达21-24%。然而，具有更高33%理论效率极限的理想带隙（1.3-1.4 eV）锡铅PSCs的最佳PCEs仍低于18%，主要因其较大的开路电压（Voc）损耗（>0.4 V）。研究发现，添加溴化胍（GABr）能显著改善理想带隙（≈1.34 eV）锡铅钙钛矿薄膜的结构和光电特性。钙钛矿薄膜中引入的GABr可有效降低由Sn2+氧化导致的高缺陷密度，有利于促进空穴传输、减少载流子复合并降低Voc损耗。因此，在1.35 eV PSCs中实现了20.63%的最佳PCE（认证效率为19.8%），并创下0.33 V的Voc损耗记录——这是目前所有理想带隙锡铅PSCs报道中的最高PCE值。此外，GABr改性的PSCs展现出显著提升的环境与热稳定性。该研究为制备高效稳定的理想带隙PSCs迈出了重要一步。
关键词： 理想带隙、钙钛矿太阳能电池、混合锡铅钙钛矿、溴化胍、分子掺杂
更新于2025-09-23 15:21:01
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对体异质结薄膜中微量掺杂剂的探测与控制可实现更高性能的聚合物太阳能电池
摘要： 为实现聚合物太阳能电池（PSC）的高效掺杂，需根据极性使掺杂剂选择性分布于体异质结（BHJ）薄膜的二元组分中。针对鲜少研究的n型掺杂剂，本研究通过简化平面异质结（PHJ）器件深入探究其优势分布位置。结果表明：当n型掺杂剂分布于受主层或给体/受主界面时能提升器件性能，而位于给体层则损害器件性能。基于此发现，通过顺序涂布工艺将n型掺杂优势迁移至高效BHJ器件。性能提升与掺杂剂在BHJ薄膜中的分布变化密切相关，该关联通过具有精细化学敏感性的同步辐射技术得到精确验证。更有趣的是，仅需改变中间层掺杂剂的极性，该顺序涂布工艺即可轻松拓展至p型掺杂器件。这些发现为PSC中的双极掺杂铺平了道路，使分子掺杂带来的性能提升成为可预期目标。
关键词： 分子掺杂、聚合物太阳能电池、掺杂形貌、n型掺杂、三元共混太阳能电池
更新于2025-09-23 15:21:01
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掺杂剂/组分混溶性对聚合物太阳能电池高效N型掺杂的意义
摘要： 体异质结（BHJ）薄膜中掺杂剂位置的不确定性阻碍了分子掺杂在聚合物太阳能电池（PSCs）及其他有机器件中的广泛应用。已知掺杂剂与组分间的相互作用决定了BHJ薄膜中的掺杂剂分布，从而极大影响分子掺杂效果。通过溶液相形成电荷转移复合物排除强掺杂剂/组分相互作用后，我们通过计算汉森总溶解度参数差值（δi-Hansen）评估掺杂剂/组分混溶性，并采用接触角测量验证其准确性，选取聚[(2,6-(4,8-双(5-(2-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）/聚{[N,N'-双(2-辛基十二烷基)萘-1,4,5,8-四甲酰亚胺-2,6-二基]-交替-5,5'-(2,2'-二噻吩)}（N2200）和聚[4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩-2-基)苯并[1,2-b;4,5-b']二噻吩-2,6-二基-交替-(4-(2-乙基己基)-3-氟噻吩[3,4-b]噻吩-)-2-羧酸酯-2-6-二基)]（PCE10）/N2200两个模型体系揭示混溶性与光伏性能的关系。仅当n型掺杂剂（4-(1,3-二甲基-2,3-二氢-1H-苯并咪唑-2-基)苯基）二甲胺（N-DMBI）与给体聚合物间具有较大δi-Hansen差值时，材料组合的光伏性能得以提升。随后我们考察了聚合物共混物的掺杂形貌，由于N-DMBI的加入会抑制聚合物结晶，从而确认n型掺杂对器件性能提升的关键作用。除掺杂剂/聚合物相互作用外，还通过绘制三元相图评估溶剂/聚合物和溶剂/掺杂剂相互作用对N-DMBI分布动力学效应的影响，得出动力学形貌演化不会改变BHJ薄膜中由混溶性主导的N-DMBI分布规律。最终通过制备双层器件建立了N-DMBI位置与器件性能的直接关联，仅在N-DMBI分布于N2200层时两种材料体系均呈现光伏性能提升。本研究为利用掺杂剂/组分相互作用及三元相图在大量实验前预测掺杂剂分布提供了依据，显著减少试错工作量并提高分子掺杂PSCs的可靠性。
关键词： n型掺杂、聚合物太阳能电池、掺杂形貌、三元相图、分子掺杂
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过溶液混合掺杂长侧链给体-受体聚合物以提升热电性能
摘要： 通过溶液混合对共轭聚合物进行一步掺杂通常因其简便性而被采用，而非分步掺杂。然而，掺杂后的聚合物溶液往往溶解性较差，且制备薄膜中掺杂剂的存在会干扰聚合物结构的分子有序性。本工作报道了两种给体-受体（D-A）型聚合物与一种分子掺杂剂的有效组合，该组合具有高溶液稳定性及所制薄膜优异的热电性能。聚合物结构中的长侧链使其在溶液和薄膜状态下分别保持了原始溶解性和结晶度，即使添加大量掺杂剂（高达38 mol%）。此外，所选D-A聚合物最高占据分子轨道的相对浅能级有利于实现掺杂物种的高效电荷转移。凭借良好的电荷传输特性，掺杂D-A聚合物展现出卓越的热电性能，最大功率因子达31.5 μW m?1 K?2，比仅由给体聚(3-己基噻吩)制备的对照样品高出至少一个数量级。
关键词： 分子掺杂、给体-受体聚合物、功率因子、长侧链、溶液混合、有机热电材料
更新于2025-09-24 04:26:28
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通过体异质结n型掺杂实现17.1%效率的单结有机太阳能电池
摘要： 分子掺杂常用于调控有机半导体的（光）电学性能。然而尽管应用灵活，其在有机光伏器件（OPVs）中的使用仍局限于p型掺杂剂。为调控OPVs体异质结（BHJ）内的电荷传输，本研究将n型掺杂剂苄基紫精（BV）引入由给体聚合物PM6与小分子受体IT-4F构成的BHJ体系。当添加0.004 wt% BV时，电池功率转换效率（PCE）从13.2%提升至14.4%。通过对光活性材料及器件的分析发现，BV同时发挥着n型掺杂剂与BHJ微结构调节剂的双重作用。在最佳BV浓度下，这些协同效应使空穴与电子迁移率达到平衡，提高了吸收系数及BHJ内的载流子密度，同时显著延长了器件储存寿命。该n型掺杂策略应用于另外五种BHJ体系均获得类似显著的性能提升。特别值得注意的是，基于三元共混物PM6:Y6:PC71BM:BV(0.004 wt%)的OPVs实现了17.1%的最高PCE。n型掺杂策略的有效性凸显了电子传输问题是NFA基OPVs的关键挑战。
关键词： 非富勒烯受体、分子掺杂、添加剂、有机光伏技术
更新于2025-09-19 17:13:59
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混合钙钛矿太阳能电池中空穴传输材料的分子掺杂
摘要： 混合卤化铅钙钛矿在光伏研究领域具有革命性意义，其效率已达到与最成熟光伏技术相当的水平，尽管稳定性尚未超越竞争对手。寻找稳定结构需要对电荷提取层进行工程设计；本研究采用分子掺杂法，将小分子和聚合物作为空穴传输材料应用于致密TiO?平面异质结结构中。我们证实了该方法的可行性，在基于致密二氧化钛的器件上实现了显著的性能提升和迟滞效应降低。我们研究了光伏性能与空穴传输材料结构的相关性。实验证明分子掺杂机制比氧化掺杂更可靠，并验证了聚合物空穴传输材料中的分子掺杂能制备出高效且具有长期稳定性的钙钛矿太阳能电池。
关键词： 稳定性、钙钛矿太阳能电池、迟滞效应、F4-TCNQ、分子掺杂
更新于2025-09-16 10:30:52
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掺杂半导体聚合物时π-π间距变化的起源
摘要： 虽然对于聚(3-己基噻吩)(P3HT)等半导体聚合物的局部结构有序性已达成共识，但分子掺杂的影响仍存在争议。主流观点认为掺杂分子会嵌入晶体的π-π堆叠层间，但这一解释近期受到挑战。我们通过不同掺杂技术制备了分别掺入两种尺寸与形貌迥异的掺杂剂——2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基喹二甲烷(F4TCNQ)和三[1-(甲氧羰基)-2-(三氟甲基)乙烷-1,2-二硫烯]合钼(Mo(tfd-CO2Me)3)的P3HT样品，并进行了电子衍射测量。结果显示无论采用何种掺杂剂或技术，P3HT的π-π间距均减小。该现象无法用掺杂分子嵌入π-π堆叠层的传统解释说明，因此需要新的理论阐释。针对P3HT模型寡聚物的密度泛函理论计算表明：极化子会在相邻链间离域并产生吸引力使π-π间距缩小，而这一过程无需掺杂分子的物理存在。本研究强调，导致π-π间距减小的不仅是掺杂分子引发的几何效应，电荷注入本身也是关键因素。
关键词： 半导体聚合物、电子衍射、π-π间距、F4TCNQ、Mo(tfd-CO2Me)3、密度泛函理论、分子掺杂、P3HT
更新于2025-09-10 09:29:36
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弱分子掺杂剂在提升溶液法制备有机场效应晶体管性能中的作用
摘要： 分子掺杂是提高电荷载流子密度以降低接触电阻并改善有机场效应晶体管（OFETs）中电荷迁移率的有效方法。先前研究主要关注强掺杂剂（EAdopant > IEOSC（p型）或IEdopant < EAOSC（n型））以实现高效电荷转移（EA：电子亲和能；IE：电离能；OSC：有机半导体）。然而，弱掺杂剂对有机半导体OFET性能的影响鲜少被探究。本研究证明两种新型氟化化合物（四氟酞腈（TFP）和八氟萘（OFN））可作为TIPS-并五苯（TIPS）薄膜中的弱掺杂剂。尽管它们与主体TIPS的电离能（5.17 eV）相比表现出不匹配的电子亲和能（TFP为3.45 eV，OFN为3.44 eV），但仍能与有机半导体基质实现p型掺杂。系统的结构和电学表征揭示了形成的电荷转移相互作用及结晶度提升对增强载流子迁移率的重要作用。对掺杂聚（3-己基噻吩）的研究也证实了弱掺杂剂的普适性。该研究为开发新型平面可溶性弱掺杂剂在OFETs中的应用提供了新思路。
关键词： 溶液法制备的有机场效应晶体管、分子掺杂、弱掺杂剂
更新于2025-09-09 09:28:46
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通过2,4,6-三氨基嘧啶对电化学制备的三嗪基碳氮化合物进行分子掺杂以改善其光催化性能
摘要： 通过电化学诱导聚合工艺使三聚氰胺与2,4,6-三氨基嘧啶（TAP）共聚，可形成分子掺杂的聚三嗪酰亚胺（PTI）。该聚合过程基于水的电解及反应中产生的自由基。元素分析、傅里叶变换红外光谱、核磁共振波谱和粉末X射线衍射等技术证实了TAP的掺入，且通过调节两种前驱体的摩尔比可调控碳含量。TAP的掺入直接影响PTI的电子结构，从而在紫外-可见光谱中观察到红移现象。更小的带隙及可见光区吸收增强带来了光催化性能的提升：在染料降解实验中，相较于未掺杂PTI，亚甲基蓝的降解速率提高了4倍；若与melon相比则提升达7倍。
关键词： 2,4,6-三氨基嘧啶、光催化、电化学合成、分子掺杂、聚三嗪酰亚胺
更新于2025-09-04 15:30:14