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一种三烷基硅噻吩链取代的小分子受体，具有更高LUMO能级和更窄带隙，用于效率超过16%的无富勒烯三元太阳能电池
摘要： 采用带隙较小的受体作为近红外（NIR）吸收剂来提高短路电流密度（Jsc）的方法通常会降低开路电压（Voc）。本工作报道了一种小分子受体IN-4F，其具有比IT-4F更小的带隙和更高的LUMO能级，因此当作为PM6:IT-4F主体二元体系的客体受体使用时，能够同时提高Jsc和Voc。IN-4F通过将苯并二噻吩（BDT）与噻吩[2′,3′:4,5]噻吩稠合构建更大的π共轭体系来上移LUMO能级并减小光学带隙，同时通过在BDT的4,8位引入三烷基硅基噻吩链下移HOMO能级以匹配PM6的深HOMO能级。此外，IN-4F与IT-4F的结构相似性使得纳米尺度均匀的精细薄膜形貌和π-π堆积模式都得以良好保持，从而维持了填充因子（FF）?；贗N-4F的二元太阳能电池效率达13.1%，而与IT-4F共混的三元太阳能电池效率达到14.9%。当IN-4F作为PM6:Y6体系的客体受体时，其较高的LUMO能级提升了Voc，增强的电荷迁移率提高了Jsc，同时保持了FF，最终获得16.3%的效率。本研究表明，通过扩展π共轭体系并引入三烷基硅基噻吩链取代基，可有效合成非富勒烯受体客体，构建能同时提升Voc（当前材料体系面临的关键挑战）而不牺牲Jsc的三元材料体系。
关键词： 小分子受体，较高LUMO能级，非富勒烯受体，减小带隙，三元太阳能电池
更新于2025-09-16 10:30:52
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多态性如何影响有机光伏中的界面电荷转移态？
摘要： 有机光伏（OPV）器件中的体异质结是由聚合物（电子给体）与电子受体材料（通常是官能化富勒烯）组成的混合物，该结构对器件运行至关重要——激子在此处分裂为电子和空穴以产生电流。非富勒烯受体（NFAs）是提升器件效率的潜力新材料，其与电子给体聚合物的固态排列方式对电荷迁移率和OPV器件性能具有决定性影响。尽管已有大量NFA研究，但当前认知多源于经验性考量，关于堆积方式如何影响材料电荷传输特性的原子级机理阐释仍十分有限。本研究通过大规模（最高含3462个原子）密度泛函理论（DFT）模拟，针对实际尺寸的多种聚合物-NFA界面（其NFA区域由同种材料的多晶型体构成）的基态与激发态进行了研究，从而弥合了实验现象与"分子间π-π堆积作用在NFA相中的重要性"这一直观认知之间的鸿沟。研究表明：低连接度会导致激子高度局域化，而高连接度相中的激子能够实现多向离域；值得注意的是，还观测到具有三维离域特性的激子，其迁移率呈现各向同性特征（类似富勒烯体系）。此外，在具有高度互联NFA相的体系中，不仅观察到更低的电荷转移激子结合能，还发现聚合物最低激发态与界面首电荷转移态之间的能量损失更低，这表明此类界面的激子分裂概率更高，有望实现器件效率的提升。
关键词： 有机光伏、非富勒烯受体、DFT模拟、多晶型、电荷转移态
更新于2025-09-16 10:30:52
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聚合物聚集与混溶性在非富勒烯有机光伏中的关键作用
摘要： 理解聚合物聚集、混溶性以及器件性能之间的关联，对于建立一套适用于非富勒烯受体（NFA）给体聚合物的化学设计规则至关重要。研究人员以具有强温度依赖性聚集特性的给体聚合物PffBT4T-2OD[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)]，又称PCE-11]作为基础聚合物，将其五种具有不同噻吩连接单元组成的共聚物衍生物与通用NFA O-IDTBR共混，系统研究其光伏性能。虽然这些给体聚合物具有相似的光电特性，但研究发现器件功率转换效率随给体聚合物中噻吩含量的变化而显著波动（从1.8%至8.7%）。结构表征结果表明：聚合物聚集程度及其与O-IDTBR的混溶性强烈依赖于化学组成，从而形成不同的给体-受体共混形貌。具有强聚集倾向的聚合物在液-液相分离前会快速聚集，并与NFA表现出更高的混溶性。这些特性使得混合给体-受体区域更小、荧光猝灭更强，最终器件中激子解离效率更高。本研究表明聚合物聚集行为与给体-受体相互作用对聚合物:NFA共混物中体异质结形成的重要性。
关键词： 非富勒烯受体、电荷传输、形貌、电荷产生、聚合物聚集
更新于2025-09-16 10:30:52
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基于5H-芴[3,2-b:6,7-b']二噻吩的非富勒烯小分子受体在聚合物太阳能电池中的应用
摘要： 研究人员制备了两种新型非富勒烯小分子受体，其共轭骨架为5H-芴并[3,2-b:6,7-b']二噻吩，分别连接缺电子单元二氰亚甲基茚酮（DICTFDT）和罗丹宁（TFDTBR）。这两种受体展现出优异的热稳定性和强可见光区吸收特性。经估算，DICTFDT的LUMO能级为-3.89 eV，TFDTBR为-3.77 eV。当与聚合物给体PBT7-Th构建体异质结聚合物太阳能电池时，采用DICTFDT和TFDTBR作为受体的器件分别实现了5.12%和3.95%的最佳光电转换效率。该研究表明，5H-芴并[3,2-b:6,7-b']二噻吩可作为构建高效聚合物:非富勒烯体异质结太阳能电池小分子电子受体的理想结构单元。
关键词： 聚合物太阳能电池、非富勒烯受体、体异质结
更新于2025-09-16 10:30:52
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克服瞬态光电压测量在研究有机太阳能电池复合过程中的局限性
摘要： 瞬态光电压（TPV）测量常通过探测微小光致电压扰动的衰减过程来研究薄膜太阳能电池中的复合机制，从而推断开路状态下器件的载流子动力学特性。然而，由于同一体系报道的载流子寿命值存在显著差异且出现不合理的反应级数值，该方法对有机半导体体系的适用性近期受到质疑。本研究通过时变漂移扩散模拟与实验测量，探究了TPV技术获取薄膜太阳能电池可靠载流子寿命的有效性。研究发现：在低迁移率材料中，TPV主要反映体相载流子再分布过程而非体相复合动力学，且提取的时间常数与迁移率高度相关。针对这一缺陷，我们开发了瞬态光电荷（TPQ）新技术，通过测量光电压衰减过程中的载流子密度，将其应用于一系列（富勒烯与非富勒烯）有机太阳能电池体系的复合动力学研究。结果表明，该技术能更准确地测定活性层中的载流子复合寿命。
关键词： 表征工具、有机太阳能电池、薄膜、非富勒烯受体
更新于2025-09-16 10:30:52
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调节共轭聚合物中D-A结构构筑单元尺寸以用于聚合物太阳能电池
摘要： D-A共轭聚合物在近期报道的高性能非富勒烯受体基聚合物太阳能电池（NF-PSCs）中发挥了关键作用。尽管D-A聚合物的分子设计已日趋成熟，但仍有一些基础性问题有待揭示。本研究设计、合成并表征了三种主链D单元共轭长度不同的新型D-A聚合物（PDB-1、PDB-2和PDB-3）。研究表明，较长的D单元会增强本征聚合物薄膜的链间相互作用和空穴迁移率。当与IT-4F共混制备PSCs光活性层时发现，聚合物的相纯度、聚集尺寸及π-π堆积效应会显著受D单元尺寸影响。与短D单元聚合物相比，大D单元聚合物（PDB-3）在共混薄膜中更易形成空穴和电子传输通道。有趣的是，基于PDB-2:IT-4F共混体系的PSCs获得了最高效率——其中PDB-2的D单元尺寸与当前最高光电性能聚合物相当。PDB-x聚合物分子结构与光伏性能的关联性表明，通过调控构筑单元尺寸是设计高性能D-A共轭聚合物用于PSCs的重要方法。
关键词： 聚合物太阳能电池、非富勒烯受体、D-A共轭聚合物、构筑单元尺寸、光伏性能
更新于2025-09-16 10:30:52
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氟在完全烷基化梯形咔唑基非富勒烯有机太阳能电池中的关键作用
摘要： 基于电子给体烷基化二噻吩并环戊并咔唑核心、两侧连接非氟或氟代1,1-二氰亚甲基-3-茚酮（IC或IC-4F）电子受体的两种稠合梯形非富勒烯受体DTCCIC和DTCCIC-4F被制备并应用于有机太阳能电池（OSCs）。这两种新分子呈现平面结构和强聚集行为，氟代作用使光学带隙红移且能级下移?；贒TCCIC-4F的OSCs功率转换效率达12.6%，显著高于DTCCIC器件（6.2%）。微观结构研究表明：虽然两种受体均具有高结晶性，但非氟代DTCCIC形成的体异质结共混物相畴过于粗糙，而氟代DTCCIC-4F共混物则呈现更优的纳米级形貌。这些结果凸显末端基团氟代在调控分子聚集与混溶性方面的重要作用。
关键词： 氟效应、咔唑、全烷基化侧链、有机太阳能电池、非富勒烯受体
更新于2025-09-16 10:30:52
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一种用于有机太阳能电池的新型中带隙并环[1]苯并噻吩[3,2-b][1]苯并噻吩(BTBT)非富勒烯受体，具有高开路电压
摘要： 研究人员开发了一种基于八环噻吩并[3,2-b]噻吩二(茚并噻吩)单元的新型非富勒烯小分子受体DBTIC，该分子以[1]苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩为核心结构单元。尽管DBTIC具有中等带隙（1.71 eV），但与宽带隙聚合物给体J52组合的太阳能电池仍能实现8.64%的功率转换效率。由于DBTIC具有较高的最低未占分子轨道能级，基于J52的器件也获得了0.94 V的高开路电压（Voc），这一数值较为罕见。此外，当采用最高占据分子轨道能级较低的J71作为聚合物给体时，开路电压可进一步提升至1.05 V。
关键词： 高开路电压、非富勒烯受体、有机太阳能电池、BTBT、中带隙
更新于2025-09-12 10:27:22
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微妙的分子裁剪诱导显著的形态优化，使有机太阳能电池效率超过16%并实现高效电荷生成
摘要： 通过调控宽光谱区域的电荷产生过程，对基于非富勒烯电子受体的有机太阳能电池(OSCs)至关重要。采用含喹喔啉稠环核的新型电子受体AQx-2与给体PBDB-TF，实现了16.64%的高效二元有机太阳能电池。仅需对其类似物AQx-1的分子结构进行微调，就显著提升了AQx-2器件的光伏性能。结合详细的形貌分析与瞬态吸收光谱研究，建立了良好的结构-形貌-性能关系。更强的π-π相互作用促进了高效电子跳跃，并因良好的电荷传输实现了平衡的电子和空穴迁移率。此外，AQx-2基体异质结混合物降低的相分离形貌促进了空穴转移并抑制了双生复合。这种分子设计的成功与精确的形貌优化，有望推动下一代高性能有机太阳能电池的发展。
关键词： 太阳能电池形貌、有机太阳能电池、功率转换效率、非富勒烯受体、电荷产生
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于非富勒烯受体的有机太阳能电池可扩展制备
摘要： 有机太阳能电池近期在功率转换效率方面取得重大突破，部分得益于采用新型非富勒烯受体的配方。这使得该技术在未经放大的实验室器件中突破了15%效率这一重要心理关口，相关成果正激发新一轮研究热潮。虽然该技术能否成为具有商业竞争力的可行方案尚待验证，但要实现有机太阳能电池在公用事业规模应用中的潜力，必须证明其可采用可扩展的加工技术进行制备——否则突破15%效率关口的意义，终将如同当年突破10%关口一样难以产生持久影响。因此，关键在于解决实验室刚性玻璃基底器件（采用不可扩展技术制备，效率达15%）与柔性基底可扩展制备器件（效率为7%）之间的规?；秃笪侍狻１疚奶教至丝衫┱剐愿拍?，并综述了采用可扩展方法和材料制备的非富勒烯受体器件研究进展?；诖?，我们确定了克服"实验室到工厂"挑战的三个关键聚焦点：i) 双温控制（即沉积过程中同步调控墨水与基底温度）；ii) 采用新型绿色溶剂配方时，对连续沉积过程中活性层墨水的系统原位形貌研究；iii) 开发连续溶液加工工艺方案，制备具有高效电荷转移能力的平滑透明界面层。综合这些努力，并辅以稳定性分析及大面积可扩展制备器件的研制，将有望加速有机太阳能电池在大规模能源供应中的应用。
关键词： 卷对卷加工、有机太阳能电池、非富勒烯受体、功率转换效率、可扩展制造
更新于2025-09-12 10:27:22