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易于获取的苯并[d]噻唑聚合物用于效率超过16%的非富勒烯太阳能电池及其潜在陷阱
摘要： 我们在此报道了一种简便、高产率合成二氟代BTA结构单元——4,7-双(5-溴-4-(2-己基癸基)噻吩-2-基)-5,6-二氟-2-(十五烷-7-基)苯并[d]噻唑(BTAT-2f)的方法，该单元可用于有机太阳能电池(OSCs)中的给体(D)-受体1(A1)-受体2(A2)聚合物体系[D=联噻吩，A1=BTAT-2f，A2=苯并噻二唑(BT)衍生物]。通过逐步调节A2的氟化程度，实现了对聚合物光学和电子性质的精细调控。本体异质结(BHJ)型PBTATBT-4f:Y6太阳能电池在不使用加工添加剂的情况下，实现了16.08%的显著功率转换效率(PCE)(开路电压Voc=0.81 V，短路电流密度Jsc=27.25 mAcm-2，填充因子FF=72.70%)。相比之下，PBTATBT-2f:Y6由于共结晶诱导的复合效应表现出无序形貌和低PCE——这在非富勒烯(NFA)有机太阳能电池中尚属首次发现。该结果对未来NFA材料设计具有重要指导意义。
关键词： 苯并[d]噻唑聚合物、功率转换效率、有机太阳能电池、共晶形成、非富勒烯太阳能电池
更新于2025-09-23 15:21:01
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基于三元共聚方法结合两个非对称片段实现分子紧密堆积与非辐射能量损失优化的高性能聚合物太阳能电池
摘要： 本研究系统探究了一种结合两种富电子单元——不对称噻吩并苯并二噻吩（TBD）与噻吩并[2,3-f]苯并呋喃（TBF）片段的随机三元共聚物方法。当与1,3-双(2-乙基己基)苯并[1,2-c:4,5-c']二噻吩-4,8-二酮（BDD）共聚时，其协同效应体现在分子堆积与纳米相结构上，在基于IT-4F的非富勒烯聚合物太阳能电池中实现了14.2%的卓越光电转换效率（PCE），优于相应的D-A共聚物。TBD50:IT-4F共混膜平衡的聚集态与更优的互穿网络结构可促进混合区激子解离、抑制载流子复合，并产生高比例长寿命载流子。此外，该方法在多数缺电子体系中的普适性得到成功验证：特别是TBD50/Y6器件展现出15.0%的高PCE及仅0.52 eV的小能量损失（源于0.22 eV的低非辐射能量损失），这些数值是迄今未采用BDT单元的聚合物体系报道的最佳值之一。结果表明，这种通过主链工程设计的卓越三元共聚策略为获得更高PCE带来希望，并丰富了有机光伏材料库。
关键词： 非对称结构、微观结构、无规三元共聚物、非富勒烯太阳能电池、非辐射能量损失、功率转换效率
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过受体分子工程调控聚集以优化非富勒烯太阳能电池性能
摘要： 通过对非对称稠环受体烷基侧链和卤素受端进行双重分子工程调控，实现了有机太阳能电池（OSC）聚集态的优化。研究探索了末端基团的氟化/氯化修饰，以及给体核上直链辛基（C8）或支链2-丁基-1-辛基（BO）的取代策略。较大氯原子与较长C-Cl键的固有特性显著扩展了骨架堆叠区域从而增强分子聚集，而庞大BO链则对骨架堆叠产生更强的空间位阻效应。因此IPTBO-4Cl展现出适度弱化的分子间相互作用以实现平衡的分子聚集。当与PM6聚合物给体共混时，IPTBO-4Cl实现了15%的最高光电转换效率（PCE）及72.6%的填充因子（FF）。与之相应，含较短C8链的氟化衍生物IPT-4F也获得了接近15%的优异PCE（74.2% FF）。据我们所知，该15%的PCE是目前非对称稠环受体基OSC取得的最高效率。相比之下，聚集作用过强（IPT-4Cl）或过弱（IPTBO-4F）的体系均表现出较低的光伏性能。本研究证明通过精细分子工程调控聚集态是实现高效OSC的有效途径。
关键词： 分子工程，受体，聚集，非富勒烯太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过精细调控分子构象实现高性能非富勒烯聚合物太阳能电池中分子堆积与共混形貌的调控
摘要： 非对称噻吩并苯并二噻吩（TBD）结构首次在给体-受体（D-A）共聚物中与苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩（BDT）和二噻吩并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩（DTBDT）单元进行系统对比，并被用作小分子受体（SMA）的中心核结构。研究合成了具有不同大分子构象的特定聚合物（包括PBDT-BZ、PTBD-BZ和PDTBDT-BZ），随后将其与四种结构与其给体对应物相当的精心设计的受体-给体-受体（A-D-A）SMA进行匹配。所得聚合物太阳能电池（PSC）的性能趋势差异显著且高度依赖材料，活性层形貌主要受聚合物构象支配。由于PTBD-BZ具有更线性的主链，其薄膜比PBDT-BZ和PDTBDT-BZ薄膜具有更高的结晶度以及更有序、更致密的π-π堆积。因此，PTBD-BZ与不同结构的SMA展现出优异的兼容性且对其依赖性较弱，基于PTBD-BZ的电池实现了10~12.5%的高光电转换效率（PCE），而基于PDTBDT-BZ的电池因其锯齿状构象获得较低PCE。总体而言，本研究揭示了通过控制分子构象来调控共轭聚合物光伏性能的有效方法。
关键词： 形态学、非富勒烯太阳能电池、功率转换效率、不对称主链、分子构象
更新于2025-09-12 10:27:22
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探索用于太阳能电池的PBDB-T:ITIC混合活性层中的烷基硫醇添加剂
摘要： 已制备出体异质结非富勒烯PBDB-T:ITIC共混聚合物太阳能电池。通过一系列烷基硫醇添加剂（1,3-丙二硫醇、1,4-丁二硫醇和1,8-辛二硫醇）优化了以PBDB-T为给体、ITIC为受体的活性层。研究发现给体与受体会形成具有不同晶畴的相分离结构。这些添加剂能有效重组形貌，在ITIC晶畴中延长分子有序排列并增大关联长度，从而改善激子的产生与解离过程并降低电荷复合。器件功率转换效率从8.13%显著提升至9.44%。本研究表明，烷基硫醇添加剂的应用是提升聚合物/非富勒烯共混体系太阳能电池性能的简便有效方法。
关键词： 溶剂添加剂、体异质结（BHJ）聚合物/非富勒烯太阳能电池、形貌、结晶
更新于2025-09-11 14:15:04