基于噻吩并[2,3-b]吲哚的新型小分子有机材料用于高效体异质结有机太阳能电池：一项计算研究

摘要： 本研究旨在通过系统运用密度泛函理论和含时密度泛函理论计算，评估新型有机D-π-A-π-D类小分子材料的特性。我们全面分析了有机体异质结(BHJ)太阳能电池中(D-A)序列化合物BHJ-1a至BHJ-4a的设计方案。所有化合物均采用噻吩并[2,3-b]吲哚(TI)作为给体、二酮吡咯并吡咯(DPP)作为受体。为改善电子、光伏及光学性能，我们分别用呋喃、噻吩并[2,3-b]噻吩、噻唑和噻唑并噻唑等π桥单元替代噻吩结构。结果表明：π桥单元的合理选择对缩小带隙(Egap)、产生显著红移效应、提升开路电压(VOC)及实现超过7%的理论光电转换效率(PCE)具有重要作用。值得注意的是，具有优化π桥结构的BHJ-4a展现出最佳电子特性——低带隙(1.870 eV)与高开路电压(1.534 eV)。此外，我们基于给体-PCBM复合物构建了体异质结有机光伏电池模型以实现最优Egap和VOC。这些发现为设计更高光电转换效率的BHJ小分子给体材料提供了新思路。