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揭示HOMO能级排列对有机太阳能电池中最大化电流提取与抑制能量损耗的关键作用
摘要： 对于由宽带隙聚合物给体与近红外（NIR）分子受体组成的最先进有机太阳能电池（OSCs），控制HOMO能级偏移是同时实现低能量损失（Eloss）与高光电流的关键。然而迄今为止，HOMO能级偏移与空穴分离效率之间的关系仍不明确，这需要全面理解：在获得高开路电压以确保优异OSCs性能的同时，多小的驱动力能有效实现电荷分离。我们设计了一组具有高度结构相似性的新型ZITI-X NIR受体（X = S, C, N），将其与聚合物给体J71匹配形成较小HOMO能级偏移，系统研究了光伏性能、能量损失与空穴转移动力学之间的关联。通过三元体系（J71:ZITI-C:ZITI-N）最优平衡驱动力与能量损失，我们实现了14.05±0.21%的最高平均光电转换效率（PCEavgs）。
关键词： HOMO能级排列、能量损失、ZITI-X近红外受体、有机太阳能电池、电流提取
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于烷基苯基取代二噻吩苯的非富勒烯受体，用于实现高效聚合物太阳能电池，具有低电压损失和优异稳定性
摘要： 本工作设计并合成了一种新型非富勒烯小分子受体（NF-SMA）BP-4F，其以苯并[1,2-b:4,5-b']双(环戊二烯并[2,1-b:3,4-b']二噻吩)衍生物BDT-P为电子给体核心，侧链为4-(2-乙基己基)苯基，两端连接强吸电子单元2-(5,6-二氟-3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-1-亚基)丙二腈(2FIC)。该材料在550-830 nm范围内具有强吸收特性，光学带隙窄至1.49 eV，最低未占分子轨道(LUMO)能级为-3.90 eV，电子迁移率达2.10×10?? cm2 V?1 s?1。当与宽带隙聚合物PM6共混作为活性层时，聚合物太阳能电池(PSCs)实现了13.9%的平均光电转换效率(PCE)，能量损失(Eloss)低至0.59 eV，有效平衡了短路电流(Jsc)与开路电压(Voc)?；贐P-4F的PSCs在1.10 cm2器件面积下仍保持12.3%的优异效率。值得注意的是，该器件展现出卓越的存储稳定性（暗态空气中720小时保持初始效率近90%）和光稳定性（手套箱中连续光照720小时保持93.5%效率），表明BP-4F是实现高效稳定聚合物太阳能电池的有效电子受体。
关键词： PM6、聚合物太阳能电池、能量损失、稳定性、BP-4F、非富勒烯小分子受体
更新于2025-09-11 14:15:04
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斜入射快速带电粒子穿过石墨烯时的能量损失与渡越辐射
摘要： 我们针对扫描透射电子显微镜（STEM）中斜入射单层石墨烯的带电粒子能量损失通道进行了完全相对论计算，区分了以电子激发形式（欧姆损耗）沉积在石墨烯中的能量与以渡越辐射（TR）形式发射到远场的能量。通过定义描述纵向和横向激发过程的两个石墨烯面内介电函数（分别对应这两种能量损失通道），构建了问题模型。采用多种石墨烯电导率模型作为这些介电函数的输入参数，使我们能够讨论斜入射对太赫兹（THz）至紫外（UV）宽频范围内多个过程的影响。特别地，在THz频段，我们证明石墨烯电导率的非局域效应在推迟区并不重要，并展示了渡越辐射谱的纵向与横向贡献呈现强各向异性的角分布特征——这种特征可通过STEM中的阴极荧光测量清晰区分。此外，我们探究了中红外（MIR）频段斜入射快带电粒子激发石墨烯光学响应中所谓横向模式的可能性。最后我们发现：除MIR至UV频段纵向欧姆能量损失通常存在的高能峰外，斜轨迹下横向欧姆能量损失的平面分布可能呈现强方向性特征，该特征有望通过STEM中对石墨烯的动量-角度分辨电子能量损失谱观测到。
关键词： MIR（中红外）、能量损失、STEM（扫描透射电子显微镜）、太赫兹（THz）、切伦科夫辐射、紫外（UV）、石墨烯、阴极荧光、斜入射、欧姆损耗
更新于2025-09-11 14:15:04