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非富勒烯有机光伏体系三线态损耗通道的分子氟化调控

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物理化学学报 2022年第4期38卷 1-2页

作者：占肖卫北京大学材料科学与工程学院北京100871

有机太阳能电池受益于非富勒烯受体的发展,能量转换效率已跃升至18%左右1,器件效率的进一步提升决定于光电荷产生、输运和收集过程中的量子效率。光激发载流子的动力学过程的研究,不仅能阐述基本工作原理,也为器件优化提供新思路。在有... 详细信息

有机太阳能电池受益于非富勒烯受体的发展,能量转换效率已跃升至18%左右1,器件效率的进一步提升决定于光电荷产生、输运和收集过程中的量子效率。光激发载流子的动力学过程的研究,不仅能阐述基本工作原理,也为器件优化提供新思路。在有机给、受体共混体系中,光激发单线态激子拆分成的电子空穴,通过双分子复合有一定几率重新形成界面激子,其中界面电荷转移三线态(3CT)通过系统中能量较低的三线态复合。

关键词：双分子复合量子效率有机太阳能电池能量转换效率三线态电子空穴有机光伏激子

本征惰性的超支化界面层增强有机太阳能电池稳定性

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Science Bulletin 2022年第2期67卷 171-177,M0004页

作者：荔雅文李腾飞王嘉宇占肖卫林禹泽 Beijing National Laboratory for Molecular Sciences CAS Key Laboratory of Organic SolidsInstitute of ChemistryChinese Academy of SciencesBeijing 100190China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China School of Materials Science and Engineering Peking UniversityBeijing 100871China

较差的稳定性是限制有机太阳能电池产业化的主要因素之一.传统阴极界面对稠环电子受体具有严重的化学反应活性或光催化活性,限制了高效有机太阳能电池稳定性的提升.本文使用苝四甲酸二酐对乙氧基化聚乙烯亚胺(PEIE)的残留伯氨基端基封端... 详细信息

较差的稳定性是限制有机太阳能电池产业化的主要因素之一.传统阴极界面对稠环电子受体具有严重的化学反应活性或光催化活性,限制了高效有机太阳能电池稳定性的提升.本文使用苝四甲酸二酐对乙氧基化聚乙烯亚胺(PEIE)的残留伯氨基端基封端,得到具有超支化结构的聚合物阴极界面材料PDIEIE.该超支化界面修饰氧化铟锡透明电极后,能有效降低电极功函数,实现器件较高的光电转化效率.更重要的是, PDIEIE作为阴极界面材料,相对于金属氧化物界面材料对稠环电子受体没有光催化活性,其相对于PEIE表现出显著抑制的化学反应活性,因此有效提升了有机太阳能电池的稳定性,并保持了器件较高的光电转化效率.

关键词：有机太阳能电池光电转化效率界面修饰金属氧化物化学反应活性界面材料透明电极电子受体

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侧链长度对稠环电子受体光伏性能的影响

中国科学：化学 2022年第2期52卷 362-368页

作者：朱景帅陆恒贾博宇李振占肖卫武汉大学化学与分子科学学院有机高分子光电功能材料湖北省重点实验室武汉430072 北京大学材料科学与工程学院高分子化学与物理教育部重点实验室北京100871

本文设计合成了一系列不同侧链长度的稠环电子受体ITIC衍生物,研究了侧链长度对光伏性能的影响.随着苯基侧链上烷基从C5不断增长到C10,ITIC系列的最高占据分子轨道(HOMO)能级逐渐下降,最低未占分子轨道(LUMO)能级逐渐升高.溶液中的吸收... 详细信息

本文设计合成了一系列不同侧链长度的稠环电子受体ITIC衍生物,研究了侧链长度对光伏性能的影响.随着苯基侧链上烷基从C5不断增长到C10,ITIC系列的最高占据分子轨道(HOMO)能级逐渐下降,最低未占分子轨道(LUMO)能级逐渐升高.溶液中的吸收光谱几乎没有变化,而薄膜中的吸收光谱逐渐蓝移,光学带隙增大.电子迁移率逐渐变小.以聚合物J71为电子给体、ITIC系列为电子受体制备的有机太阳能电池器件的开路电压逐渐提高,短路电流密度逐渐减小,填充因子在65.4%~68.4%之间,光电转换效率在9.79%~10.2%之间,其中,含C6~C8侧链的受体展现出较高效率.

关键词：有机太阳能电池非富勒烯受体稠环电子受体侧链

A-D-A型小分子电子给体中的端基优化和高效率光伏器件

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物理化学学报 2019年第1期35卷 11-12页

作者：占肖卫北京大学工学院北京100871

相较于传统的无机太阳能电池,有机太阳能电池(OSCs)具备成本低、重量轻、可通过溶液加工方式制备柔性器件等诸多优点,已经成为具有重要应用前景的太阳能利用方式之一。自1995年俞刚等发明了具有本体异质结结构(BHJ)的OSC以来,采用共轭... 详细信息

相较于传统的无机太阳能电池,有机太阳能电池(OSCs)具备成本低、重量轻、可通过溶液加工方式制备柔性器件等诸多优点,已经成为具有重要应用前景的太阳能利用方式之一。自1995年俞刚等发明了具有本体异质结结构(BHJ)的OSC以来,采用共轭聚合物电子给体和小分子电子受体材料构建BHJ光伏活性层的电池能量转换效率(PCE)已经达到13%以上。相比于聚合物材料,有机小分子具备批次差别性较小的优点,针对小分子材料的分子结构设计受到广泛关注。目前,具有拉-推-拉(A-D-A)电子作用的共轭结构已被成功应用到高性能小分子给体与受体材料的分子设计中。根据其光电性能,A-D-A型给体和受体的组合在提供宽吸收光谱和适当的分子能级两方面具有优势,但是采用这种材料组合方式获得光伏效率仍然较低。因此,如何通过材料设计和器件优化提升此类电池的效率是一项具有意义的工作。

关键词：有机小分子光伏器件电子给体有机太阳能电池优化 A型分子结构设计受体材料

侧链的简单调制使近红外吸收的非富勒烯受体实现更高的短路电流密度

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高等学校化学学报 2023年第9期44卷 118-128页

作者：王家成蔡贵龙张亚静王嘉宇路新慧占肖卫陈兴国湖北省有机高分子光电功能材料重点实验室武汉大学化学与分子科学学院武汉430072 北京大学材料科学与工程学院北京100871 香港中文大学物理系中国香港999077

为了探究相同共轭骨架中不同位点引入不同侧链对相应小分子非富勒烯受体光电性能的影响,本文通过在中心核茚并二噻吩并[3,2-b]噻吩(IDT)单元和端基(1,1-二氰基亚甲基)绕丹宁单元上同时引入正辛基柔性侧链并以噻吩稠合苯并噻二唑(BTT)单... 详细信息

为了探究相同共轭骨架中不同位点引入不同侧链对相应小分子非富勒烯受体光电性能的影响,本文通过在中心核茚并二噻吩并[3,2-b]噻吩(IDT)单元和端基(1,1-二氰基亚甲基)绕丹宁单元上同时引入正辛基柔性侧链并以噻吩稠合苯并噻二唑(BTT)单元为“π-桥”而构建了一个新的A-π-D-π-A型非富勒烯受体(JC11).与以往研究得到的两个A-π-D-π-A型非富勒烯受体(A2和JC1)相比,在中心核和端基同时引入适宜长度的正辛基侧链不仅赋予JC11更有利的分子间堆叠,而且使JC11比在中心核引入刚性更强和空间位阻更大的己基取代苯基侧链的A1表现出了更大的吸收红移和更好的结晶度;同时也比在端基仅引入短链乙基侧链的JC1表现出了更好的溶解性能,避免了其与PTB7-Th给体共混时出现过度聚集而导致相分离尺度过大.此外, JC11在给体/受体共混膜中展现了比A2和JC1更高的摩尔消光系数(高达1.14×10~5 L·mol~(-1)·cm~(-1))和更高的电子迁移率(μe=1.01×10~(-3) cm·V~(-1)·s~(-1))以及更平衡的电子/空穴迁移率(μ_e/μ_h=2.72).因此,基于PTB7-Th∶JC11的太阳能电池器件经优化后实现了10.09%的光电转换效率(PCE)和高达24.20 mA/cm~2的短路电流密度(J_(SC)),超过PTB7-Th∶A2和PTB7-Th∶JC1优化器件8.20%和8.16%的PCE以及低于20 mA/cm~2的J_(SC)值.研究结果表明,调节共轭主链侧链是一种简单且有效的调控非富勒烯小分子受体材料的吸收性能和结晶性能的分子设计策略,可大幅提高异质结有机太阳能电池的J_(SC)和PCE.

关键词： A-π-D-π-A结构非富勒烯受体侧链工程有机太阳能电池

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稠环电子受体的光伏加应用

稠环电子受体的光伏加应用

第九届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：占肖卫北京大学材料学院

本团队于2006年率先在国内开展了新型非富勒烯受体的研究,经过十余年的探索,创制了被誉为"里程碑"和"划时代"的"明星分子"ITIC,构建了"稠环电子受体"这一高性能新颖受体体系。稠环电子受体颠覆了富勒烯经典体系,开启了领域的"非富勒烯时... 详细信息

本团队于2006年率先在国内开展了新型非富勒烯受体的研究,经过十余年的探索,创制了被誉为"里程碑"和"划时代"的"明星分子"ITIC,构建了"稠环电子受体"这一高性能新颖受体体系。稠环电子受体颠覆了富勒烯经典体系,开启了领域的"非富勒烯时代",突破了有机光伏的瓶颈,实现了器件效率的飞跃,为领域发展带来了前所未有的新机遇。稠环电子受体这一中国品牌已成为我国原创和引领、多国竞相跟进的新领域。20余个国家300余个研究组在诸多领域使用稠环电子受体,如:有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池、发光二极管、场效应晶体管、光电探测器、光解水、光热/光声/光动力学治疗、双光子吸收等。本报告介绍本团队与合作者在稠环电子受体的光伏加应用方面的近期研究进展。

关键词：稠环电子受体非富勒烯受体有机光伏光伏加

来源： cnki会议评论

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稠环电子受体光伏材料

稠环电子受体光伏材料

第十届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：占肖卫北京大学材料科学与工程学院

经典电子受体富勒烯体系存在可见区吸收弱、能量损失大、形貌稳定性差等缺点,严重制约了有机光伏领域的可持续发展。2015年,我们创造了稠环电子受体新材料体系,发明了明星分子ITIC。稠环电子受体优点如下:1)模块化分子设计,化学结构易裁...

经典电子受体富勒烯体系存在可见区吸收弱、能量损失大、形貌稳定性差等缺点,严重制约了有机光伏领域的可持续发展。2015年,我们创造了稠环电子受体新材料体系,发明了明星分子ITIC。稠环电子受体优点如下:1)模块化分子设计,化学结构易裁剪,可放大制备;2)光电性质易调控,可与多种高性能电子给体匹配;3)在可见和近红外区吸收强,特别是在700-1000 nm区域有极强吸收;4)激子扩散系数高;5)光、热、形貌稳定性好;6)效率高,电压损失小。20余个国家350余个研究组在诸多领域使用稠环电子受体,如:有机/钙钛矿/量子点太阳能电池、光解水、场效应晶体管、光电探测器、发光二极管、非线性光学、光热/光声/光动力治疗等。

关键词：

来源： cnki会议评论

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稠环电子受体光伏材料

高分子学报 2017年第11期 1706-1714页

作者：代水星占肖卫北京大学工学院

基于非富勒烯受体的有机太阳能电池是化学和材料领域的热点前沿之一,中国领跑这个热点前沿.中国学者在非富勒烯受体材料方面取得了一系列重要的创新成果.我们提出了"稠环电子受体(FREA)"这一新概念,构建了高性能稠环电子受体新体系,发... 详细信息

基于非富勒烯受体的有机太阳能电池是化学和材料领域的热点前沿之一,中国领跑这个热点前沿.中国学者在非富勒烯受体材料方面取得了一系列重要的创新成果.我们提出了"稠环电子受体(FREA)"这一新概念,构建了高性能稠环电子受体新体系,发明了明星分子ITIC.我们的原创性工作引起了国内外同行的广泛关注和跟进.目前,基于稠环电子受体的有机太阳能电池效率已达到13%~14%,超过富勒烯体系.ITIC等稠环电子受体的出现颠覆了富勒烯受体在有机太阳能电池领域的统治地位,开创了有机太阳能电池的非富勒烯时代.本文简要评述了我们在高性能稠环电子受体设计与器件应用中的研究进展,并展望稠环电子受体的未来发展.

关键词：稠环电子受体非富勒烯受体有机太阳能电池

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有机光伏研究进展

化学学报 2021年第3期79卷 257-283页

作者：李腾飞占肖卫北京大学工学院材料科学与工程系

以有机半导体材料为活性层的有机太阳能电池,可通过印刷制备大面积柔性器件,具有成本低、多彩、半透明等特点,是一种极具发展前景的光伏技术.研究者们多年来致力于设计高性能光伏材料,优化器件界面,改善活性层微观形貌,开发新型器件结构... 详细信息

以有机半导体材料为活性层的有机太阳能电池,可通过印刷制备大面积柔性器件,具有成本低、多彩、半透明等特点,是一种极具发展前景的光伏技术.研究者们多年来致力于设计高性能光伏材料,优化器件界面,改善活性层微观形貌,开发新型器件结构,探究器件工作机理等,目前实验室制备的小面积有机太阳能电池的能量转换效率已经超过18%.另外,面向有机光伏产业化,在制备大面积柔性器件、降低器件成本、提高器件寿命以及探究光伏建筑一体化和室内光伏等潜在应用方面的研究也取得了重要进展,在国际上处于领跑地位.中国科学家在有机光伏领域做出了诸多开创性和引领性的工作.本文首先对有机太阳能电池的背景进行简单介绍,接着按照分子工程、器件工程、器件物理和应用探索四个方面综述有机光伏领域的重要研究进展,最后对有机光伏所面临的机遇与挑战进行展望.

关键词：有机太阳能电池分子工程器件工程器件物理应用探索