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Delicate chemical structure regulation of nonfullerene acceptor for efficient and large thickness organic solar cells

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Science China Chemistry 2024年第5期67卷 1596-1604页

作者： Zhe Zhang Wanying Feng Yunxin Zhang Shaohui Yuan Yuyang Bai Peiran Wang Zhaoyang Yao Chenxi Li tainan duan Xiangjian Wan Bin Kan Yongsheng Chen State Key Laboratory and Institute of Elemento-Organic Chemistry Frontiers Science Center for New Organic MatterThe Centre of Nanoscale Science and Technology and Key Laboratory of Functional Polymer MaterialsRenewable Energy Conversion and Storage Center(RECAST)College of ChemistryNankai UniversityTianjin 300071China School of Materials Science and Engineering National Institute for Advanced MaterialsNankai UniversityTianjin 300350China Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology Chongqing SchoolUniversity of Chinese Academy of Sciences(UCAS Chongqing)Chinese Academy of SciencesChongqing 400722China

Inspired by the success of CH-series acceptors, a small-molecular acceptor, CH-Tz was reported by adopting a new conjugationextended electron-deficient unit([1,2,5]thiadiazolo[3,4-b]pyrazine) on the central core. Owing to the enhanced inter-/intramolecular interactions, CH-Tz exhibited near-infrared absorption and an effective three-dimensional molecular packing network in its single crystal. When blended with polymer donor PM6, the binary device achieved a high power conversion efficiency(PCE) of 18.54%, with a notable short-circuit current density(J_(sc)) of 27.54 m A cm-2and an excellent fill factor(FF) over 80%,which can be partly ascribed to the balanced charge transport properties in the blend film. After employing D18-Cl as the third component, an enhanced PCE of 18.85% was achieved due to a more obvious fiber network. Impressively, the CH-Tz-based OSC devices show excellent thermal stability and thickness insensitivity. Record-breaking Jscof 28.92 m A cm-2was reached for PM6:D18-Cl:CH-Tz ternary device with a thickness of 560 nm. Besides, CH-Tz shows potential in fabricating multicomponent high-performance organic solar cells, where over 19% efficiency could be realized in the quaternary device. Our work advances the strong influence of electron-deficient central units on molecular photovoltaic properties and guides the design of acceptors for stable and large-thickness organic solar cells.

关键词： organic solar cells non-fullerene acceptor central unit large thickness molecular packing

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A case study of comparing two dimerized acceptor molecules built by different branch-connected and terminal-connected approaches

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Science China Chemistry 2024年第5期67卷 1687-1696页

作者： Kangqiao Ma Huazhe Liang Yuxin Wang Tengfei He tainan duan Xiaodong Si Wendi Shi Guankui Long Xiangjian Cao Zhaoyang Yao Xiangjian Wan Chenxi Li Bin Kan Yongsheng Chen State Key Laboratory and Institute of Elemento-Organic Chemistry Frontiers Science Center for New Organic MatterThe Centre of Nanoscale Science and Technology and Key Laboratory of Functional Polymer MaterialsInstitute of Polymer ChemistryRenewable Energy Conversion and Storage Center(RECAST)College of ChemistryNankai UniversityTianjin 300071China School of Materials Science and Engineering National Institute for Advanced MaterialsRenewable Energy Conversion and Storage Center(RECAST)Nankai UniversityTianjin 300350China Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology Chongqing SchoolUniversity of Chinese Academy of Sciences(UCAS Chongqing)Chinese Academy of SciencesChongqing 400015China

Dimerized small-molecule acceptors(SMAs) built by the conventional connection of terminal groups of monomers have contributed to exciting long-term stabilities of organic solar cells(OSCs). However, device efficiencies, especially fill factors(FFs), still need to be improved. This probably originates from unsymmetrical molecular structure/conformation-determined less compact/ordered molecular stackings, such as ineffective stackings of constraint terminals. Herein, an exotic dimerized SMA of BC-Th is established by bridging the branched groups(BC-type, branch coupling) of two monomers rather than conventional terminal units(TC-type, terminal coupling). Benefiting from the three-dimensional conformation and more uncurbed terminals,BC-Th exhibits multiple molecular orientations along with a larger dielectric constant and electron mobility compared with TCTh. Finally, an efficiency of 17.43% is achieved by BC-Th-based OSCs, along with the highest FF of 79.13% among all dimerized SMAs-based OSCs to date. When introducing L8-BO as the third component, overall enhanced efficiency of 18.05%and FF of 80.11% are further afforded. Contrarily, TC-Th-based OSCs exhibit much inferior PCE of 16.29% and FF of 74.81%,demonstrating the great advantages of “branch coupling” over “terminal coupling” when building dimerized SMAs.

关键词： organic solar cells dimerized acceptor molecules branch coupling morphology control stability

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添加剂在有机太阳能电池中的应用

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化学学报 2024年第5期82卷 551-564页

作者：江雪涂开槐段泰男肖泽云重庆交通大学国科大重庆学院重庆400074 中国科学院重庆绿色智能技术研究院重庆400714

有机太阳能电池(OSC)的快速发展对能源清洁化和社会发展绿色化起着积极的推动作用.对于OSC的发展,提高其光电转换效率(PCE)是最重要的目标之一,而活性层的形貌优劣对器件的PCE值起着决定性的作用.近年来,由于具有良好的形貌调节能力、... 详细信息

有机太阳能电池(OSC)的快速发展对能源清洁化和社会发展绿色化起着积极的推动作用.对于OSC的发展,提高其光电转换效率(PCE)是最重要的目标之一,而活性层的形貌优劣对器件的PCE值起着决定性的作用.近年来,由于具有良好的形貌调节能力、简单的使用方法以及对器件性能显著的提升能力,添加剂在OSC中的应用引起了研究者的广泛关注.本综述简要总结了在OSC发展历程中所使用添加剂的种类、结构以及在器件性能提升中的作用机制,基于添加剂丰富的类型和不同的作用机理与材料性质,从分子结构特征考虑,将添加剂主要划分为非芳环类、单环或者多环芳烃类、具有D-A型分子结构类以及功能结构复杂型四个大类,同时讨论了添加剂在OSC领域的发展前景以及存在的挑战,为未来新型高效添加剂的设计使用提供了指导.

关键词：有机太阳能电池器件效率添加剂形貌优化

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Block copolymers as efficient cathode interlayer materials for organic solar cells

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Frontiers of Chemical Science and Engineering 2021年第3期15卷 571-578页

作者： Dingqin Hu Jiehao Fu Shanshan Chen Jun Li Qianguang Yang Jie Gao Hua Tang Zhipeng Kan tainan duan Shirong Lu Kuan Sun Zeyun Xiao Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology Chongqing SchoolUniversity of Chinese Academy of Sciences(UCAS Chongqing)Chinese Academy of SciencesChongqing 400714China MOE Key Laboratory of Low-Grade Energy Utilization Technologies and Systems School of Energy&Power EngineeringChongqing UniversityChongqing 400044China Library&Information Center Anhui University of Finance and EconomicsBengbu 233030China

Emerging needs for the large-scale industrialization of organic solar cells require high performance cathode interlayers to facilitate the charge extraction from organic *** addition to improving the efficiency,stability and processability issues are major ***,we design block copolymers with well controlled chemical composition and molecular weight for cathode interlayer *** block copolymer coated cathodes display high optical transmittance and low work *** studies reveal that the block copolymer thin film has abundant conductive channels and excellent longitudinal electron conductivity due to the interpenetrating networks formed by the polymer *** of the cathode interlayers in organic solar cells provide higher power conversion efficiency and better stability compared to the most widelyapplied ZnO ***,no post-treatment is needed which enables excellent processability of the block copolymer based cathode interlayer.

关键词： organic solar cell block copolymer cathode interlayer

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基于苯并二噻吩的氟代小分子给体的合成、表征及光伏性能研究

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材料导报 2022年第14期36卷 241-245页

作者：孙宗宇吕杰阚志鹏段泰男陆仕荣中国科学院重庆绿色智能技术研究院薄膜太阳能技术研究中心重庆400714 中国科学院大学重庆学院重庆400714

对小分子给体进行氟代,往往能够通过拉深其最高占据分子轨道(HOMO)能级来提高光伏器件的开路电压,从而有助于获得更高的光电转化效率。本工作设计合成了含3′,4′-二氟-3,3″-二辛基三联噻吩结构的新型共轭单元,并通过Stille偶联、Knoev... 详细信息

对小分子给体进行氟代,往往能够通过拉深其最高占据分子轨道(HOMO)能级来提高光伏器件的开路电压,从而有助于获得更高的光电转化效率。本工作设计合成了含3′,4′-二氟-3,3″-二辛基三联噻吩结构的新型共轭单元,并通过Stille偶联、Knoevenegal缩合等反应进一步合成了以噻吩取代侧链的苯并二噻吩为核心、氟代三联噻吩为共轭桥、罗丹宁为封端基团的新型小分子电子给体光伏材料(命名为BDT4F-RO)。此分子的结构和初步的理化性能分别通过核磁共振波谱(^(1)H NMR、^(13)C NMR、^(19)F NMR)、紫外-可见吸收光谱、循环伏安法和热重分析等进行测试表征。结果表明:薄膜状态下的BDT4F-RO在300~700 nm均有较强的吸收,吸收边界位于690 nm。与不含氟原子的类似物BDT-RO相比,BDT4F-RO具有较深的HOMO能级,这也使得对应的光伏器件有更高的开路电压(0.95 V)。但是总体的效率上BDT4F-RO远逊于BDT-RO,这可能是氟原子的引入使得BDT4F-RO与受体分子IDIC的混溶性较差所致。

关键词：氟代策略苯并二噻吩小分子给体有机太阳能电池光伏性能

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基于给体-受体-给体型稠环模块的小分子光伏材料的研究进展

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有机化学 2020年第12期40卷 4031-4045页

作者：戴学新成晓东阚志鹏肖泽云段泰男胡超陆仕荣黔南民族师范学院化学化工学院贵州都匀558000 中国科学院重庆绿色智能技术研究院有机半导体研究中心重庆400714

给体-受体-给体(Donor-Acceptor-Donor,D-A-D)型稠环及其衍生物因具有共轭平面结构大、载流子迁移率高、吸光性能优异和光热稳定性等优点,被应用于太阳能电池中,并获得了优异的光伏性能.概述了基于D-A-D型稠环的小分子光伏材料的最新研... 详细信息

给体-受体-给体(Donor-Acceptor-Donor,D-A-D)型稠环及其衍生物因具有共轭平面结构大、载流子迁移率高、吸光性能优异和光热稳定性等优点,被应用于太阳能电池中,并获得了优异的光伏性能.概述了基于D-A-D型稠环的小分子光伏材料的最新研究进展,总结了该类材料分子结构与其光伏性能之间的关系.

关键词：稠环太阳能电池小分子有机光伏材料

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Middle and Late Tertiary Palaeogeography and Palaeoenvironment on the Northern Continental Margin of the South China Sea

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Acta Geologica Sinica(English Edition) 1990年第2期64卷 211-222页

作者： duan Weiwu Huang Yongyang Guangzhou Marine Geological Survey, Ministry of Geology and Mineral Resources, Guangzhou, Guangdong Chinese Academy of Geological Sciences Beijing

Based essentially on research results of calcareous nannofossils, combined with some other microfossil da-ta and several secondary depositional breaks, this paper discusses the criteria of division and comparison of themiddle and late Tertiary marine sediments, palaeogeographical and palaeoenvironmental evolution andpalaeoclimates on the northern continental margin of the South China Sea, comprising the tainan basin, PearlRiver Mouth basin. Southeast Hainan basin and Beibu Gulf basin. Study shows that the upper Oligocene toPliocene strata in the whole area consist essentially of marine sediments except in the Beibu Gulf basin. Theyinclude littoral. neritic and deltaic sediments as well as carbonate rock-bioherm limestone. The sea advancedfrom southeast to northwest. During the transgression there appeared three culminations coinciding to thestages of deposition of nannofossil zones NN4-5, NN11 and 13-15.

关键词： Middle and Late Tertiary Palaeogeography and Palaeoenvironment on the Northern Continental Margin of the South China Sea

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柴达木盆地台南气田优快钻井技术

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石油钻采工艺 2010年第3期32卷 103-106页

作者：石李保耿东士于文华段保平陶冶中国石油勘探开发研究院工程技术研究所北京100083

台南气田储气层埋藏浅,气层多且薄,成岩性差,结构疏松,钻井过程中经常出现严重的卡、塌、漏、喷等钻井复杂事故。通过分析研究,形成了包括井身结构优化设计、防漏堵漏技术、盐水聚合物钻井液体系优选、钻井工艺措施优化、固井技术等5项... 详细信息

台南气田储气层埋藏浅,气层多且薄,成岩性差,结构疏松,钻井过程中经常出现严重的卡、塌、漏、喷等钻井复杂事故。通过分析研究,形成了包括井身结构优化设计、防漏堵漏技术、盐水聚合物钻井液体系优选、钻井工艺措施优化、固井技术等5项台南气田优快钻井综合配套技术,钻井速度大幅提高。与2007年相比,2008年直井平均完井周期缩短了40.43%,水平井平均完井周期缩短了45.51%,节约钻井成本12376.35万元,满足了台南气田优快钻井需要。

关键词：台南气田优快钻井盐水钻井液固井防漏

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