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采用二元加工溶剂法同步提升铸态非富勒烯太阳能电池三项参数
摘要： 未经任何添加剂及预处理或后处理的铸态聚合物太阳能电池与大规模生产工艺具有高度兼容性，其效率通常通过新型给体与受体材料得以提升。本研究采用二元溶剂策略：以低沸点氯仿（CF）作为聚合物给体PTQ10与非富勒烯受体IT-4Cl的良溶剂，同时选用对受体溶解性较弱的较高沸点间三甲苯（MES）作为半正交共溶剂。基于MES对IT-4Cl受体的选择性正交特性，基于PTQ10:IT-4Cl共混体系的铸态器件实现了优化形貌，使开路电压、短路电流及填充因子同步提升，最终获得超过13%的高铸态效率。此外，采用该二元溶剂制备的铸态器件展现出良好的空气稳定性及大面积电池制备的可行性。本研究为铸态聚合物太阳能电池的优化提供了新思路。
关键词： 聚合物太阳能电池、形貌优化、非富勒烯受体、二元溶剂、铸态
更新于2025-09-23 15:19:57
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高效非富勒烯有机太阳能电池中电子极化实现的无障碍电荷分离
摘要： 电荷转移（CT）态在给体/受体（D/A）界面分离为自由电荷的过程对有机太阳能电池（OSCs）起着核心作用。由于库仑吸引力较强，其分离机制尚不明确，尤其是对于激子解离驱动力较低的高效非富勒烯（NF）OSCs。本研究证明，基于一系列A-D-A受体（ITIC、IT-4F和Y6）的OSCs可通过电子极化显著克服库仑势垒。与富勒烯基D/A异质结不同，由于A-D-A受体中静电相互作用对电子的强稳定作用和对空穴的不稳定作用，非富勒烯异质结中给体空穴与受体电子的极化能从界面到纯区域均显著提升。特别是当在ITIC中引入氟取代基和缺电子核后，增强的极化能可完全补偿IT-4F和Y6基异质结中的库仑吸引力，从而实现无势垒电荷分离。
关键词： 静电相互作用、诱导效应、电荷产生、有机光伏、非富勒烯受体
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过新兴非富勒烯受体和叠层结结构构建高性能有机光伏器件
摘要： 鉴于新型非富勒烯受体与叠层结结构的独特优势，基于此的有机光伏器件（OPVs）极具发展前景。该新兴领域的研究始于2016年，当时实现的功率转换效率（PCEs）为8-10%，目前已提升至17%。本文探讨了高性能OPVs的构建方法，重点结合新型非富勒烯受体的优势与叠层结结构。为实现更高PCEs，文中讨论了获得高短路电流密度、开路电压和填充因子的方法，并分析了高效OPVs的稳定性与可重复性问题。研究预测，基于新型非富勒烯受体的叠层结OPVs将成为该领域的下一波浪潮，在不久的将来实现超过20%的高PCEs。针对这一新兴热点课题，本文还提出了一些具有前景的研究方向，这些方向可能推动该领域进入25%高效率时代，并使技术显著超越实验室研究阶段。
关键词： 非富勒烯受体、有机太阳能电池、有机光伏、叠层太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于苯并噻吩（BT-CIC）的非富勒烯受体有机太阳能电池光电性能调控
摘要： 有机太阳能电池因其卓越特性已成为研究和技术领域的关注焦点。在本研究中，我们设计了一种基于苯并噻吩（BT-CIC）的非富勒烯受体有机太阳能电池，其具有A-D-A新型结构。通过将参比分子R中2-(5,6-二氯-2-亚甲基-3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-1-亚基)乙腈替换为不同电子吸端基受体单元，衍生出D1-D4四种设计结构（均源自非富勒烯受体BT-CIC）。采用TD-DFT B3LYP/6-31G基组理论研究了末端受体基团对设计分子（D1-D4）吸收光谱、能级、电荷传输、形貌及光伏性能的影响，并与参比分子R进行对比。在所有新型结构中，D3在气态和氯仿中分别表现出最大吸收波长（λmax）701.7纳米和755.2纳米。D3的红移现象源于其相比其他结构含有更强的电子吸端基受体单元和更延展的共轭体系。该结构还显示出最低的能带隙（1.97 eV）、λe（0.0063 eV）和λh（0.0099 eV）值，表明其具有优异的电子迁移能力。D3最低的结合能1.20 eV说明该分子易解离成载流子，TDM结果显示D3中激子易发生解离。总体而言，设计结构D3被证实是更高效的单组分有机太阳能电池受体分子。本研究为有机光伏用非富勒烯受体的开发提供了新见解。
关键词： 理论研究、光电性质、苯并噻吩、有机太阳能电池、非富勒烯受体
更新于2025-09-23 15:19:57
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由相同电子给体与不同缺电子单元构成的宽带隙共轭聚合物的合成与表征及其在非富勒烯聚合物太阳能电池中的应用
摘要： 非富勒烯小分子受体（NFSMAs）领域已取得重大进展，使得非富勒烯聚合物太阳能电池（PSCs）的功率转换效率（PCE）显著提升。为与窄带隙非富勒烯小分子受体实现更好兼容性，设计具有合适分子轨道能级的宽带隙共轭聚合物至关重要。本研究设计合成了两种基于相同噻吩取代苯并二噻吩单元但不同受体的给体-受体（D-A）共轭共聚物：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-(1,3-双(2-辛基十二烷基)-1,3-二氢-2H-二噻吩并[3′,2′:3,4;2″,3″:5,6]苯并[1,2-d]咪唑-2-酮-5,8-二基)}（DTBIA，P1）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-(2-(5-(3-辛基十三烷基)噻吩-2-基)二噻吩并[3′,2′:3,4;2″,3″:5,6]苯并[1,2-d]噻唑-5,8-二基)}（TDTBTA，P2），并研究了其光学与电化学性能。P1和P2均呈现相近的较深最高占据分子轨道能级及不同的最低未占据分子轨道能级，二者与知名非富勒烯受体ITIC-F具有互补吸收特性。当与窄带隙受体ITIC-F共混时，基于P1的PSCs展现出11.18%的功率转换效率（开路电压0.96 V、短路电流密度16.89 mA cm?2、填充因子0.69），优于P2器件（PCE=9.32%、Jsc=15.88 mA cm?2、Voc=0.91 V、FF=0.645）。此外，P1和P2器件的能量损失分别为0.54 eV和0.59 eV。相比P2，基于P1的PSCs在较短波长区域（给体共聚物吸收区）具有更高的入射光子-电流转换效率（IPCE）、更平衡的载流子迁移率，以及有利于形成紧密π-π堆叠间距的相分离结构。
关键词： 溶剂蒸汽退火、聚合物太阳能电池、非富勒烯受体、宽带隙聚合物
更新于2025-09-23 15:19:57
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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
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基于无富勒烯体异质结的远红光窄带吸收型有机光电探测器
摘要： 通过呈现窄带吸收（NBA光电探测）的有机半导体实现的光谱选择性光电探测，对于需要超薄、轻量化和低成本解决方案的新兴应用极具吸引力。虽然主流色带已成功应用，但NBA光电探测器迄今难以满足更长波长（尤其是与分析生物学、医疗诊断、遥感等众多应用相关的远红光波段700-750 nm）的功能和/或性能需求。鉴于非富勒烯受体路线解决该挑战的潜力，研究者探索了新近开发的具有远红光窄带吸收特性的苯并二噻吩类受体SBDTIC的窄带探测能力。研究考察了两种体异质结NBA构型：SBDTIC分别与同样吸收远红光的给体组合，或与可见光透明给体组合。结果表明后者构型展现出更优异的窄带功能——其峰值比探测率达1.42×1013 Jones，光谱宽度仅141 nm，创下NBA远红光选择性光电探测器迄今最高比探测率纪录，同时也是所有溶液法制备器件中最小的光谱宽度。自供电运行时，此类探测器在至少四个数量级光电流范围内呈现准线性响应，且响应时间达微秒级，进一步证明该方法适用于解决丰富的目标应用需求。
关键词： 远红光、非富勒烯受体、窄带吸收光电探测器、有机光电探测器、窄带光电探测器
更新于2025-09-23 15:19:57
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在三元太阳能电池中采用窄带隙介质以提升光伏性能
摘要： 三元有机太阳能电池（OSCs）通过组分调控为进一步提升二元电池的功率转换效率（PCE）提供了便捷有效的途径。然而第三组分在特定二元体系中的作用仍有待探究。本文通过在PBDB-T:IDTT-T二元共混体系中引入窄带隙给体PCE10作为中介，构建了三元共混太阳能电池。三元共混薄膜的吸收光谱扩展、高效的荧光共振能量转移、增强的电荷解离以及诱导形成的更紧密分子堆积，共同提升了器件光伏性能，实现了创纪录的10.73% PCE与高达1.03 V的开路电压（VOC）。组分的良好混溶性及相似的分子堆积行为确保了三元共混薄膜形成理想形貌，使得该系列太阳能电池器件在不同组分比例下均能保持超过10%的PCE。研究结果表明，当组分间具有合理能级排列与重叠吸收时，三元体系对相应二元体系的性能提升具有显著潜力。
关键词： 三元太阳能电池，能量传递，诱导结晶特性，非富勒烯受体，分子介质
更新于2025-09-23 15:19:57
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具有非平面共轭主链的热稳定型非富勒烯受体用于高性能有机太阳能电池
摘要： 一种基于4,9-二氢-s-引达省[1,2-b:5,6-b′]二噻吩电子给体核心和2-(6-氟-2,3-二氢-3-氧代-1H-茚-1-亚基)丙二腈电子受体端基的A-D-A型非富勒烯受体材料i-IEICO-2F被设计合成。该材料主共轭链具有扭曲结构，导致吸收蓝移并与高带隙给体实现协同吸收。其带隙与J52等宽带隙给体聚合物互补，可实现对可见光全波段的高效吸收?；趇-IEICO-2F的器件展现出优异光伏性能：开路电压0.93 V、短路电流密度16.61 mA cm?2、填充因子73%，功率转换效率达11.28%。该材料无需任何添加剂或后处理即可实现>11%的效率。热稳定性测试表明，在150°C连续热退火184.5小时后仍保持初始效率的44%。UV、原子力显微镜(AFM)和掠入射广角X射线散射(GIWAXS)分析显示，i-IEICO-2F器件在热退火过程中形貌和分子取向几乎不变，相比其他IEICO衍生物具有更优异的稳定性。
关键词： 扭曲结构、太阳能电池、非富勒烯受体、合成、氟
更新于2025-09-23 15:19:57
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非富勒烯受体端基修饰实现高效激子解离
摘要： 对于有机光伏（OPV）电池，为了克服空穴与电子之间较大的库仑束缚能，需要额外的驱动力来实现激子的高效解离。本研究报道了两种名为IO-4H和IO-4F的非富勒烯受体材料。当采用聚合物PBDB-TF作为给体时，基于PBDB-TF:IO-4H的器件仅表现出0.30%的光电转换效率（PCE），其电荷解离概率（Pdiss）为13.3%；而基于PBDB-TF:IO-4F的器件则实现了7.85%的PCE，Pdiss达到81.3%。光电过程分析表明，两个器件的电荷传输和复合特性相似。光伏性能的限制因素在于PBDB-TF:IO-4H器件中较低的激子解离效率。理论研究表明，IO-4H的末端基团具有负静电势（ESP）且与PBDB-TF相近，而IO-4F呈现正ESP。PBDB-TF与IO-4F可能形成强分子间电场以促进激子解离。结果表明，增大给受体间的ESP差异有助于提升激子解离效率，从而改善光伏性能。
关键词： 有机光伏、静电势、功率转换效率、激子解离、非富勒烯受体
更新于2025-09-23 15:19:57