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碳纳米管-氧化铁(III)纳米复合材料作为染料敏化太阳能电池阴极：计算建模与电化学研究
摘要： 以下是关于多壁碳纳米管（MWCNT）与α-三氧化二铁（α-Fe?O?）纳米复合材料作为染料敏化太阳能电池（DSCs）阴极材料适用性的评估结果。通过扫描电子显微镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）和X射线元素映射分析对MWCNT/α-Fe?O?纳米复合材料的形貌和结构进行了表征。此外，针对代表高电流密度、低峰谷分离、低电荷转移电阻及近乎100%稳定响应信号的I?/I??氧化还原对的电化学活性，研究了该纳米复合材料的性能。进一步采用分子力学（MM）和限制性Hartree-Fock/半经验参数化（RHF/PM6）方法进行的计算建模显示，所建模型纳米复合材料的最高占据分子轨道（HOMO）、最低未占分子轨道（LUMO）及HOMO-LUMO能隙分别为-6.88 eV、-3.62 eV和3.26 eV，这些特性与DSC结构的电子能级级联相匹配。最终，采用N719敏化TiO?光阳极和MWCNT/α-Fe?O?对电极组装的DSC器件，展现出0.7 V的开路电压、20.37 mA cm?2的短路电流密度及6.0%的功率转换效率。本研究成功证实了该纳米复合材料作为碘基染料敏化太阳能电池阴极材料的潜力。
关键词： 染料敏化太阳能电池，纳米复合材料，碳纳米管，分子力学，RHF/PM6，氧化铁(III)
更新于2025-11-21 11:18:25
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PM6:Y6有机太阳能电池中异常长的扩散长度
摘要： PM6:Y6体异质结（BHJ）混合体系在厚光伏结中实现了高短路电流（JSC）值。本文通过分析这些太阳能电池，探究了短路电流与光活性层厚度无关的现象。我们采用多种光电测量与分析手段（包括Mott-Schottky分析、CELIV测试、光诱导吸收光谱、开尔文探针电位测量及模拟），得出结论：对于所研究的器件系列，不同活性层厚度器件保持恒定光电流的特性，源于Y6扩散长度超过300纳米。尽管PM6中存在非故意掺杂及其引发的空间电荷效应（该效应在光生载流子产生时预计更为显著），这一现象依然成立。这种远超有机材料典型值一个数量级的超长扩散长度，在厚结的平带区主导了载流子传输。研究表明，掺杂PM6:Y6有机太阳能电池的性能表现类似于扩散传输起关键作用的无机器件。该特性最终将成为制备高效、高短路电流厚膜有机太阳能电池的关键要素。
关键词： 体异质结、光伏结、有机太阳能电池、扩散长度、PM6:Y6
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于烷基苯基取代二噻吩苯的非富勒烯受体，用于实现高效聚合物太阳能电池，具有低电压损失和优异稳定性
摘要： 本工作设计并合成了一种新型非富勒烯小分子受体（NF-SMA）BP-4F，其以苯并[1,2-b:4,5-b']双(环戊二烯并[2,1-b:3,4-b']二噻吩)衍生物BDT-P为电子给体核心，侧链为4-(2-乙基己基)苯基，两端连接强吸电子单元2-(5,6-二氟-3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-1-亚基)丙二腈(2FIC)。该材料在550-830 nm范围内具有强吸收特性，光学带隙窄至1.49 eV，最低未占分子轨道(LUMO)能级为-3.90 eV，电子迁移率达2.10×10?? cm2 V?1 s?1。当与宽带隙聚合物PM6共混作为活性层时，聚合物太阳能电池(PSCs)实现了13.9%的平均光电转换效率(PCE)，能量损失(Eloss)低至0.59 eV，有效平衡了短路电流(Jsc)与开路电压(Voc)。基于BP-4F的PSCs在1.10 cm2器件面积下仍保持12.3%的优异效率。值得注意的是，该器件展现出卓越的存储稳定性（暗态空气中720小时保持初始效率近90%）和光稳定性（手套箱中连续光照720小时保持93.5%效率），表明BP-4F是实现高效稳定聚合物太阳能电池的有效电子受体。
关键词： PM6、聚合物太阳能电池、能量损失、稳定性、BP-4F、非富勒烯小分子受体
更新于2025-09-11 14:15:04