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基于小分子给体与聚合物受体的有机太阳能电池在150°C下运行
摘要： 基于小分子给体与聚合物受体、可在150℃下工作的有机太阳能电池。无机或有机太阳能电池通常只能在低于100℃的温度下工作，不适用于高温环境。本研究采用小分子给体与聚合物受体（MD/PA型）共混物作为活性层，开发出高效稳定的有机太阳能电池（OSCs），其工作温度可达150℃。该器件展现出9.51%的功率转换效率（PCE），是迄今报道的MD/PA型OSCs最高值。经150℃热处理72小时后，器件仍能保持初始PCE值的84%。这种优异的高温稳定性归因于MD/PA型活性层中两种材料的高相变温度。本工作揭示了有机太阳能电池具备耐高温特性的新优势。
关键词： 功率转换效率，小分子给体，有机太阳能电池，聚合物受体，高温运行
更新于2025-09-23 15:21:01
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为制备高性能非富勒烯聚合物太阳能电池而改进空穴传输层
摘要： 界面工程被认为是改善空穴传输层（HTL）电荷传输性能的可行策略，这对提升有机太阳能电池（OSC）器件性能至关重要。本研究选取两种醇溶性材料——2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基喹啉二甲烷（F4-TCNQ）和双(异硫氰酸根)(2,2'-联吡啶-4,4'-二羧酸根)(四丁基铵)合钌(II)（N719）染料作为HTL掺杂剂，在聚[[2,6'-4,8-二(5-乙基己基噻吩基)苯并[1,2-b:3,3-b]二噻吩][3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩并[3,4-b]噻吩二基]：(2,2'-((2Z,2'Z)-(((4,4,9,9-四(4-己基苯基)-4,9-二氢-s-茚并[1,2-b:5,6-b']二噻吩-2,7-二基)双(4-((2-乙基己基)氧基)噻吩-5,2-二基))双(亚甲基))双(5,6-二氟-3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二亚基))双丙二腈（PTB7-Th:IEICO-4F）OSC中，探究了F4-TCNQ和N719染料在聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）中的掺杂效果（含/不含石墨烯量子点（G-QDs）层）。非富勒烯OSC的功率转换效率从8.84%提升至10.12%。通过对比研究原始器件与改性器件，分析了HTL修饰对纳米形貌结构和光物理性质的影响?；Р粼佑胨悴呗杂呕四芗杜帕小⒛擅仔蚊?、空穴迁移率及HTL功函数，显著降低了漏电流与复合损耗。本研究表明：采用HTL掺杂并结合G-QDs层构建双层HTL，是制备高性能非富勒烯聚合物太阳能电池的有效策略。
关键词： UPS、PTB7-Th:IEICO-4F、原子力显微镜、XPS、有机太阳能电池
更新于2025-09-23 15:21:01
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具有特殊倒置结构的高性能非富勒烯有机太阳能电池
摘要： 设计并合成了一种新型稠环电子受体FOIC1。该材料在600-1000 nm范围内具有强吸收，HOMO/LUMO能级分别为-5.39/-3.99 eV，电子迁移率达1.8×10?3 cm2 V?1 s?1。研究人员制备了具有特殊倒置结构的顺序加工异质结（SHJ）有机太阳能电池：通过依次旋涂聚合物给体PTB7-Th（底层）和受体FOIC1（顶层），该SHJ形成了比传统本体异质结（BHJ）更优的垂直相分布——上半部分更平衡的给体/受体分布有利于激子解离，底部界面处更多的FOIC1堆积则有益于激子产生和电荷传输。最终，SHJ电池实现了高达12.0%的能量转换效率，显著优于对照BHJ器件（11.0%）。
关键词： 顺序加工、倒置结构、非富勒烯、稠环电子受体、有机太阳能电池
更新于2025-09-23 15:21:01
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无真空、全溶液及全空气处理的有机光伏器件，采用逐层共掺杂聚合物电极实现超11%效率与稳定性提升
摘要： 非富勒烯有机光伏器件(OPVs)的效率已突破15%，为商业化带来曙光，但可扩展器件制备的高成本仍是巨大挑战。本研究报道了一种无需真空、全溶液且全空气处理的OPV器件，在采用高性能聚合物电极和改性活性层混合物后，实现了11.12%的转换效率及0.725的填充因子。高性能电极的设计原理是通过重酸掺杂提升载流子浓度与迁移率，全面清除基质内部（而非仅表面）绝缘组分，并抑制大尺寸聚集态形成。我们开发了独特的逐层掺杂技术，使聚合物电极获得光学透过率与电导率平衡的新纪录。此外，溶剂蒸汽退火工艺通过精细调控活性层形貌并提高电子迁移率来增强器件效率。所得器件不仅高效，且在30天储存后仍保持初始效率的91%。该研究为制备经济高效的全溶液空气处理OPVs开辟了光明前景。
关键词： 全溶液及全空气处理、PEDOT:PSS、无真空、有机太阳能电池
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过体异质结有机太阳能电池中良好排列的ZnS纳米粒子提高能量收集效率
摘要： 通过低温胶体化学法合成了硫化锌（ZnS）纳米颗粒（NPs），形成稳定的闪锌矿结构。将这些金属ZnS NPs掺入聚（3-己基噻吩）（P3HT）与（6,6）-苯基C61-丁酸甲酯（PCBM）共混光活性层中，以提升有机太阳能电池（OSC）的整体性能。新制备的器件展现出增强的光电流，这可能源于NPs产生的近场效应和光散射效应。最佳太阳能电池的短路电流密度高达15.65 mA cm?2，其最大填充因子（FF）和功率转换效率（PCE）分别达到51%和4.0%。该增强效果与使用昂贵的贵金属金、银纳米颗粒所获性能相当。当前成果表明，通过简易、经济且环保的金属纳米颗粒合成方法，有望有效提升OSC性能。
关键词： 功率转换效率，硫化锌，有机太阳能电池，光电流，纳米粒子
更新于2025-09-23 15:21:01
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不相容三元共混物中光伏性能的增强
摘要： 由一种给体和两种受体组成的三元共混活性层已被广泛研究以提升有机太阳能电池（OSC）的功率转换效率（PCE），且关于互溶三元共混体系的诸多进展已有报道。本研究揭示了不相容三元共混体系在提升OSC器件PCE与稳定性方面的特殊行为。该活性层由三种较易合成的材料构成：以聚[(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-((5-溴-4-辛基噻唑-2-基)噻吩-2,5-二基)]（POTz）为给体，2,2′-((2Z,2′Z)-((4,4,9,9-四己基-4,9-二氢-s-茚并[1,2-b:5,6-b′]二噻吩-2,7-二基)双(亚甲基))双(3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二亚基))二丙二腈（IDIC）为非富勒烯受体，以及[6,6]-苯基-C70-丁酸甲酯（PC70BM）富勒烯。POTz:IDIC共混物呈现典型的双连续均匀纳米形貌；而向POTz:IDIC中添加PC70BM则形成不相容区域。当少量PC70BM（8.3–16.7 wt%）掺入POTz:IDIC:PC70BM共混物时，POTz:IDIC形成连续相且微小PC70BM区域均匀分散其中，形似葡萄干面包结构。这种分散的PC70BM区域提升了POTz:IDIC:PC70BM薄膜的电子迁移率并促进空穴-电子电荷平衡，从而增强短路电流密度与填充因子。值得注意的是，含PC70BM的三元共混体系通过降低器件的老化损耗，在光照老化测试中展现出更优的长期稳定性。
关键词： 半结晶聚合物、有机太阳能电池、连续相、不相容共混物、三元共混物
更新于2025-09-23 15:21:01
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设计基于茚并噻吩的受体材料，用于高效无富勒烯有机太阳能电池的光伏参数优化
摘要： 非富勒烯小分子受体（NFSMAs）展现出优异的光伏性能，推动了有机太阳能电池（OSCs）的快速发展。本研究尝试探索基于茚并噻吩的高性能小分子电子受体用于有机太阳能电池。我们设计了五种受体分子（M1-M5），其强供体单元茚并噻吩分别连接五种不同的末端封端基团受体单元：二氟-2-亚甲基-3-氧代-2,3-二氢茚-1-亚基)丙二腈（A1）、1-(二氰亚甲基)-2-亚甲基-3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-5,6-二腈（A2）、甲基-6-氰基-3-(二氰亚甲基)-2-亚甲基-1-氧代-2,3-二氢-1H-茚-5-甲酸酯（A3）、2-(6-氰基-5-氟-2-亚甲基-3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-1-亚基)丙二腈（A4）以及(Z)-甲基-3-(苯并[c][1,2,5]噻二唑-4-基)-2-氰基丙烯酸酯（A5）。通过与近期报道的优异非富勒烯类小受体分子R进行对比，系统研究了结构-性能关系及结构修饰对这五种受体（M1-M5）光电性质的影响。在所有设计分子中，M5因具有更优的光伏特性——包括较窄的HOMO-LUMO能隙（2.11 eV）、最小的电子迁移率（λe=0.0038 eV）、最高的λmax值（气相中702.82 nm，氯仿溶剂中663.09 nm）以及相对于HOMOPTB7-Th-LUMOacceptor的最高开路电压（Voc=1.49 V）——被证实是有机太阳能电池应用的合适候选材料。结果表明，引入更多末端封端电子受体单元是设计高性能NFSMAs的简单有效策略。该理论框架也证明所构想的NFSMAs具有优越性，因而推荐用于未来高性能有机太阳能电池器件的构建。
关键词： 光伏特性、茚并噻吩、密度泛函理论（DFT）、非富勒烯受体材料、有机太阳能电池（OSC）
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过无添加剂顺序沉积法实现电子给体-受体复合材料双连续网络，用于高效聚合物太阳能电池
摘要： 我们报道了高结晶性聚合物给体与可溶性富勒烯受体依次沉积的方法，可在双层聚合物太阳能电池中形成结构明确的互穿网络并提升光电转换效率。即使不使用溶剂添加剂，以聚[(5,6-二氟-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基)-交替-(3,3?-二(2-辛基十二烷基)-2,2’;5′,2’’;5″,2?-四噻吩-5,5?-二基)]（PffBT4T-2OD）为电子给体、[6,6]-苯基C71丁酸甲酯（PC71BM）为电子受体的分层薄膜，也展现出与添加1,8-二碘辛烷（DIO）溶剂加工的PffBT4T-2OD:PC71BM本体异质结（BHJ）薄膜相似的双连续网络结构。透射电镜结果证实该双层PffBT4T-2OD/PC71BM薄膜具有类BHJ形貌。未添加DIO添加剂制备的双层太阳能电池实现了η≈7.65%的光电转换效率，甚至高于使用DIO添加剂制备的BHJ太阳能电池（η≈7.04%）。这些结果表明，高结晶性聚合物给体与电子受体小分子的组合能有效提升双层聚合物太阳能电池的性能。
关键词： 体异质结、纳米形貌、顺序沉积、有机太阳能电池、双层结构
更新于2025-09-23 15:21:01
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具有两种共轭聚合物给体的三元有机太阳能电池中能量转移与激子分离的平衡
摘要： 三元策略作为提升有机太阳能电池（OSC）器件性能的直接方法，在该领域引发广泛关注。该策略通常聚焦于引入与二元体系具有互补吸收特性的第三种吸光材料。然而，研究具有与二元组分相似吸收光谱的第三组分，对于深入理解其性能提升机制同样至关重要。本研究填补了这一空白，构建了由两种共轭聚合物给体材料（PTB7-Th和PffBT4T-2OD）与非富勒烯受体材料（IEICO-4F）组成的三元器件。优化后的三元器件平均光电转换效率（PCE）达12.1%，较其PTB7-Th:IEICO-4F二元对照体系提升约16%。即使含与PTB7-Th相似吸收光谱的第三组分PffBT4T-2OD，研究发现短路电流密度（Jsc）提升是主要性能增强因素。进一步分析表明，优化三元器件中Jsc的增加主要源于光吸收能力、电流提取过程、电荷传输过程的改善及非辐射复合的抑制。此外，在优化三元混合比例时，激子分离过程与能量转移过程之间存在平衡点。优化后的三元器件可能达到该平衡状态，从而呈现性能提升。形貌研究表明，PffBT4T-2OD的加入可调控活性层形貌并提高结晶度。优化后的三元混合物展现出混合良好的给体/受体形貌，具有较小相畴尺寸和适度提升的结晶度，这进一步解释了其最佳器件性能。
关键词： 非富勒烯、能量转移、激子分离、有机太阳能电池、三元体系、结晶、共轭聚合物
更新于2025-09-23 15:21:01
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Sa?ˉCl分子内相互作用：提高有机太阳能电池功率转换效率的有效策略
摘要： 非共价构象锁（NCLs），包括S···N、Se···O和S···O等相互作用，已成为提高有机/聚合物半导体平面性、刚性和电荷传输迁移率的有效策略。本研究通过将π桥中的甲基（ITMIC）替换为氯原子（ITCIC），引入S···Cl非共价构象锁增强了π共轭骨架的平面性与刚性，从而相应提升了电荷传输迁移率。结果表明，基于PM6:ITCIC的有机太阳能电池展现出11.34%的优异光电转换效率（PCE），显著高于基于PM6:ITMIC的器件。该研究揭示了一类新型非共价构象锁（S···Cl）对提升有机太阳能电池性能的作用。
关键词： 非共价构象锁、有机太阳能电池、非富勒烯受体、电荷传输迁移率
更新于2025-09-23 15:21:01