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ITC-2Cl：一种用于高效全光谱三元有机太阳能电池的通用中带隙非富勒烯受体
摘要： 提高有机太阳能电池（OSC）功率转换效率的有效方法是采用由给体、受体和第三组分构成的三元架构。然而，为成功的三元OSC确定合适的第三组分并非易事。本研究证明，中带隙受体ITC-2Cl可作为多种宽带隙给体：超窄带隙受体二元体系（PBDB-T-2F:F8IC、PBDB-T-2F:IOIC-2Cl、PBDB-T-2Cl:IOIC-2Cl）的有效第三组分。通过引入与主体二元体系具有互补吸收特性、高LUMO能级且能抑制双分子复合的ITC-2Cl，光伏参数（包括VOC、JSC、FF和PCE）得到显著提升。基于PBDB-T-2Cl:ITC-2Cl:IOIC-2Cl的三元器件实现了14.75%的冠军效率（认证值为13.78%），能量损失极低至0.48 eV。这些结果为三元策略提供了关键见解，并促使人们重新评估和研究先前报道的中等性能光活性材料。
关键词： 三元有机太阳能电池、非富勒烯受体、全色、能量损失
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于含环戊并噻吩单元稠环骨架的非富勒烯受体实现效率超过14%的有机太阳能电池
摘要： 环戊二噻吩（CPT）单元是构建高性能有机半导体材料的经典结构基元。本研究设计合成了以CPT稠环为中心骨架的新型受体材料BCPT-4F。与不含稠环的CPT类受体相比，BCPT-4F在近红外区表现出红移吸收特性?；赑BDB-T:BCPT-4F的器件实现了12.43%的优异光电转换效率（PCE），其短路电流密度高达22.96 mA cm?2。进一步地，在该二元器件基础上引入F-Br作为第三组分的三元器件获得了14.23%的高效率，这是目前基于CPT类光伏材料器件的最高效率记录。
关键词： 功率转换效率、非富勒烯受体、三元器件、环戊二噻吩、有机光伏技术
更新于2025-09-19 17:13:59
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具有供体主链-受体侧链结构的D-A聚合物用于有机太阳能电池
摘要： 我们报道了一种新型供体(D)-受体(A)聚合物——聚(3-(([2,2':5',2''-三噻吩]-3-基-5,5"-二基)亚甲基)-1-(2-辛基十二烷基)吲哚啉-2-酮)(PTIBT)的设计、合成与性能。该聚合物采用供体主链和受体侧链结构(Type II D-A聚合物)，作为有机太阳能电池(OSCs)的供体材料，有别于传统供体与受体单元均位于主链的Type I D-A聚合物。PTIBT由噻吩供体单元构成主链，侧链含吲哚啉-2-酮受体单元，通过三步反应便捷合成。该聚合物具有7.70的高介电常数，有利于活性层中激子的扩散与解离。相较于同类Type I D-A聚合物，PTIBT还表现出更低的HOMO能级(-5.41 eV)和更宽的带隙(1.80 eV)。在有机薄膜晶体管(OTFTs)中，PTIBT展现出典型p型半导体特性，空穴迁移率最高达1.81×10?2 cm2V?1s?1。当PTIBT与ITIC分别作为供体和受体形成共混活性层时，最佳器件表现出15.19 mAcm?2的短路电流密度(JSC)、0.66 V的开路电压(VOC)和0.57的填充因子，最终获得5.72%的功率转换效率(PCE)。
关键词： 介电常数，新型D-A聚合物给体，聚噻吩，有机太阳能电池，非富勒烯受体
更新于2025-09-19 17:13:59
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平面与扭曲芘核苝二酰亚胺二聚体在有机太阳能电池中的光电性能及聚集效应
摘要： 在本研究中，我们提出了一种基于并五苯二酰亚胺（PDI）开发新型小分子电子受体的策略，该分子具有稠合扭曲的共轭骨架，适用于无富勒烯有机太阳能电池。两种新型电子受体27-Py-PDI和49-Py-PDI通过在不同位置将芘单元与PDI单元稠合而成，它们是结构异构体，并得到了系统研究。理论计算表明，这两种位置异构体展现出截然不同的分子几何结构（27-Py-PDI为平面结构，49-Py-PDI为扭曲结构），这导致它们在合成方法、聚集效应及光电性质方面存在显著差异。我们全面研究了结构异构对分子几何结构、光谱特性、能级、载流子迁移率、形貌差异以及相应光伏性能的影响。通过变温1H NMR和薄膜紫外-可见光谱研究了分子聚集行为。核独立化学位移（NICS）计算显示异构体间芳香性存在显著差异。当与给体材料PTB7-Th共混制备倒置太阳能电池时，采用49-Py-PDI实现了4.53%的优异能量转换效率（PCE）和1.0 V的开路电压（VOC，高于其他PDI基受体及PC71BM），优于其异构体27-Py-PDI（2.51%）。本研究表明，在完全稠合的PDI基受体中引入刚性扭曲特征可增强界面能隙（?EDA）、扩展π离域范围并降低构象无序性，从而在不牺牲短路电流密度（JSC）的前提下提高开路电压。这种通过引入刚性和空间位阻以增加分子间应变来构建完全环状稠合扭曲受体的设计策略，是开发新型非富勒烯受体（NFAs）的有效途径。
关键词： 融合的苝二酰亚胺、芘核、非富勒烯受体、扭曲构象
更新于2025-09-19 17:13:59
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调节基于烷氧基诱导的电子受体在红外区域的光电性能以实现高性能有机太阳能电池
摘要： 富勒烯类受体在有机太阳能电池中的局限性促使科学界设计并合成非富勒烯受体。为此，我们设计了四种新分子（命名为S1-S4），其包含烷氧基诱导的萘二噻吩给体单元，以及与不同桥接单元相连的2-(5,6-二氟-2-亚甲基-3-氧代-2,3-二氢茚-1-亚基)丙二腈受体部分。将所设计分子S1-S4的电子和光学性质与近期报道的参比分子R进行对比。桥接单元分别为：噻吩(S1)、2-氟噻吩(S2)、2-(噻吩-2-基)噻吩(S3)和2-(4-氟噻吩-2-基)噻吩(S4)。其中S3分子在气相和氯仿溶剂中分别呈现近红外区最大吸收峰（830.0 nm和910.6 nm）。所设计分子的能隙均低于参比分子R，表明其具有更高的电荷转移能力，其中S3的能隙最低（1.68 eV）。采用经典PTB7-Th给体计算开路电压(Voc)，所有分子的Voc均高于R，其中S2达到最高值1.92V。我们设计的分子具有较低的重排能，显示出相比R更高的电荷转移速率，其中S3具有最高的电子迁移率。
关键词： 烷氧基诱导、重组能、跃迁密度矩阵、非富勒烯受体、噻吩、电荷转移、开路电压
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于萘二酰亚胺的无富勒烯小分子有机太阳能电池受体分子设计——通过密度泛函理论实现高效光伏性能
摘要： 借助计算化学工具，我们设计了以萘二酰亚胺（NDI）为核的三种非富勒烯受体分子：2-亚甲基-丙二腈（M-1）、2-(3-甲基-5-亚甲基-2-硫代噻唑烷-4-亚基)丙二腈（M-2）和1-甲基-5-亚甲基-2,6-二氧代-1,2,5,6-四氢吡啶-3-甲腈（M-3）。采用WB97XD/6-31G(d,p)密度泛函理论（DFT）水平计算了这些分子在构建薄膜体异质结器件时表现出的不同光电特性，包括吸收光谱、电子密度、溶解性强度、重组能、给体到受体的电子转移百分比（%ETC）、激发能、振子强度以及器件形貌与结晶度。设计分子的预期开路电压高达4.05至4.49电子伏特，显著高于先前报道的3-甲基-5-亚甲基-2-硫代噻唑烷-4-酮（R）在零电流水平下的3.60电子伏特。由于电子和空穴的重组能分别低至0.0163-0.0280电子伏特和0.0160-0.0190电子伏特，设计分子具有较高的载流子迁移率；同时在氯仿溶剂中呈现420-550纳米的强吸收带，在气相条件下呈现400-540纳米的强吸收范围。
关键词： 光电性质、非富勒烯受体、理论计算、偶极矩、有机太阳能电池、萘二酰亚胺
更新于2025-09-19 17:13:59
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四苯并卟啉衍生的非富勒烯受体轨道-能量调制以提升有机太阳能电池开路电压
摘要： 四苯并卟啉（BP）因其具有大π共轭骨架和高光吸收能力等优异特性，在光电子学应用中展现出吸引力。然而，由于极低的溶解度阻碍了直接溶液加工，以及高前线轨道能量导致开路电压（VOC）偏低，其在有机太阳能电池（OSCs）中的应用受到限制。本研究考察了带有多个强吸电子基团的BP衍生物在光伏领域的应用。通过热前驱体法在薄膜中制备这些衍生物：先将相应的双环[2.2.2]辛二烯并卟啉衍生物溶液浇铸成膜，再经退火处理实现原位逆Diels-Alder反应。与原始BP相比，所得衍生物的前线轨道能量得到有效稳定，作为给体时可实现高达0.94V的开路电压，甚至能作为新型非富勒烯受体应用于OSCs。单晶X射线衍射分析表明，BP骨架构象会随取代基不同从近平面状态转变为高度弯曲形态。采用热前驱体法制备的聚合物:BP衍生物体异质结薄膜形貌也随BP衍生物种类而变化。这些发现将显著拓展分子设计和形貌调控的研究范畴，有助于推动BP生色团在实用化有机光电器件中的应用。
关键词： 四苯并卟啉、有机太阳能电池、热前驱体法、前沿轨道能级、非富勒烯受体
更新于2025-09-16 10:30:52
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通过辐射效率测量评估有机太阳能电池中电子给体/受体界面的能量偏移
摘要： 电子给体/受体界面处的能量偏移对有机太阳能电池（OSC）的运行起着重要作用，因为其大小会强烈影响光诱导电荷分离效率，进而影响器件在光照下的短路电流。然而，对运行中器件能量偏移的定量评估仍是一个悬而未决的挑战，目前的技术尚无法实现。我们在此展示，混合器件的辐射效率（EQEEL）与低带隙组分器件（通常为非富勒烯受体）的辐射效率之比——即EQEEL比值，可作为混合器件能量偏移的有力指标。在基于具有相似主链结构但能级不同的给体和受体的光伏器件中，降低最高占据分子轨道（HOMO）偏移会使开路电压（VOC）从0.95 V提高到1.05 V，这与器件中EQEEL的变化趋势一致。当给体的HOMO足够深时，混合器件的EQEEL接近发光低带隙受体的EQEEL，同时对应着VOC损失的降低和光诱导电荷分离效率的提高。结果表明，通过最小化能量偏移可以在实践中将电荷分离相关的固有能量损失降至最低，但代价是降低了电荷分离效率。来自几种先进材料体系的统计数据显示，当EQEEL比值小于0.1时会发生高效电荷生成，对应于能量偏移导致的额外60 mV非辐射电压损失?；谡庖环⑾趾托拚腟hockley-Queisser理论，我们估算单结有机太阳能电池的热力学效率上限约为31%，略低于Shockley-Queisser极限。
关键词： 能量补偿、电荷分离、有机太阳能电池、非富勒烯受体、辐射效率
更新于2025-09-16 10:30:52
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在聚合物给体和小分子受体中引入相同的苯并二噻吩给体单元，以揭示非富勒烯有机太阳能电池分子结构与光伏性能之间的关系
摘要： 在合成用于有机太阳能电池（OSCs）的七环非富勒烯电子受体ITIC2、ITIC-S和ITIC-SF时，采用了侧链共轭策略。新型ITIC-SF分子包含BDT-SF结构单元——该单元正是广泛使用的给体材料PBDB-T-SF中的电子给体组分。与不含氟取代基的ITIC-S相比，氟化作用会降低ITIC-SF的结晶度，但由于PBDB-T-SF给体与含相同BDT-SF结构单元的ITIC-SF受体之间存在更强的分子间相互作用，相应共混薄膜的结晶度反而提高?；赑BDB-T-SF:ITIC-SF的有机太阳能电池实现了12.1%的冠军功率转换效率（PCE），高于PBDB-T-SF:ITIC2器件（10.1%）和PBDB-T-SF:ITIC-S器件（11.6%）。该体系优异的光伏性能得益于更弱的双分子复合以及更高效的电荷转移与提取过程。本研究揭示的非富勒烯受体结构-性能关系，将为开发高性能光伏材料分子结构设计提供重要指导，推动有机太阳能电池技术发展。
关键词： 有机太阳能电池、非富勒烯受体、侧链共轭、光伏性能、氟化
更新于2025-09-16 10:30:52
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通过探索材料设计和采用友好型稳定剂来抑制有机太阳能电池中非富勒烯受体及其混合物的光氧化作用
摘要： 除了高功率转换效率外，环境稳定性是有机太阳能电池（OSC）成功商业化的另一关键影响因素。理解光伏材料的作用是应对这一挑战的关键，但针对非富勒烯受体（NFA）尚未有系统研究。本工作首次探究了NFA光氧化在器件退化中的作用。相关物理动力学研究表明，暴露混合物中作为陷阱态的NFA光氧化会显著影响器件性能。此外，以ITIC为例，我们揭示了NFA光氧化的可能机制——这些机制无法通过现有材料设计策略和原理消除。这些发现促使我们进一步研究了33种NFA（包括稠环电子受体和苝二酰亚胺受体衍生物）的光漂白速率。令人惊讶的是，大多数NFA比富勒烯类对应物表现出更高的光密度损失?；谔致鄄糠值亩员确治?，我们进一步提出了提升NFA光氧化稳定性的设计策略。更重要的是，我们还发现了一种稳定剂（镍螯合物S6），能有效抑制NFA及其混合物的光氧化，从而提高OSC的环境稳定性。
关键词： 稳定性、有机太阳能电池、非富勒烯受体、稳定剂、光氧化
更新于2025-09-16 10:30:52