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基于二酮基吡咯并吡咯的π-共轭分子的有机太阳能电池给体材料的设计与理论研究

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分子科学学报 2023年第1期39卷 68-77页

作者：姜哓玲孙福玉赤峰学院物理与智能制造工程学院内蒙古赤峰024000

本文设计了系列基于二酮基吡咯并吡咯(DPP)的有机小分子太阳能电池(OSCs)给体材料.设计的分子结构中,2个DPP分子片段作为2个端基通过不同的芳香杂环π-桥相连接.利用密度泛函理论和含时密度泛函理论方法研究了所设计化合物的电子和光学... 详细信息

本文设计了系列基于二酮基吡咯并吡咯(DPP)的有机小分子太阳能电池(OSCs)给体材料.设计的分子结构中,2个DPP分子片段作为2个端基通过不同的芳香杂环π-桥相连接.利用密度泛函理论和含时密度泛函理论方法研究了所设计化合物的电子和光学性质.研究结果表明,在分子中引入不同的π-桥可以有效调节设计分子的前线分子轨道能量、能隙和吸收光谱,但是对几何结构影响很小.所设计化合物1-8均在近红外光谱区具有强吸收和窄能隙,这有利于提高有机太阳能电池的短路电流和光吸收效率.前线分子轨道分析发现,化合物1-8具有较低的最高占据轨道能级,可提高有机太阳能电池的开路电压.化合物1-3,5和7的前线分子轨道能级与典型富勒烯受体材料相匹配,可选用PCBM,bisPCBM和PC71BM作为受体材料;而化合物4,6和8则应考虑选用其他的太阳能电池受体材料.结果表明,所设计的分子可作为性能优良的OSCs给体材料,为开发和利用太阳能电池给体材料提供理论依据.

关键词：二酮基吡咯并吡咯有机太阳能电池前线分子轨道吸收光谱

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有机太阳能电池

自然杂志 1980年第1期 80-81页

作者：陈尚庸

地球上的能源——煤炭、石油、天然气等正在惊人地消耗着,发达国家对能源的需求量日益增长,解决能源危机是当今世界上重要的问题.太阳能的利用便是解决能源危机的一种途径. 太阳能龟池是利用半导体材料的光生伏特效应把太阳能直接转换... 详细信息

地球上的能源——煤炭、石油、天然气等正在惊人地消耗着,发达国家对能源的需求量日益增长,解决能源危机是当今世界上重要的问题.太阳能的利用便是解决能源危机的一种途径. 太阳能龟池是利用半导体材料的光生伏特效应把太阳能直接转换成电能的一种半导体器件.制造太阳能电池的半导体材料,传统的是用无机材料,如硅、硫化镉、砷化镓等.用这些材料制造的器件,其工艺复杂、成本昂贵.目前,为了提高转换效率及降低成本,开展着极为广泛的研究探索工作.据“第五

关键词：有机太阳能电池转换效率有机材料非金属材料

基于1,8-萘酰二胺的具有近红外吸收的π-共轭有机太阳能电池给体材料的分子设计

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分子科学学报 2023年第1期39卷 87-94页

作者：崔克宇孙涛石静敏王良吉林师范大学化学学院吉林四平136000 吉林师范大学环境科学与工程学院吉林四平136000

为了提高有机太阳能电池(Organic solar cells, OSCs)给体材料的光吸收效率,本文设计了系列以噻吩异靛蓝分子片段为中心,不同芳香杂环为π-桥,1,8-萘酰二胺(1,8-Naphthalimide, NI)分子片段为端基的新型π-共轭化合物作为有机太阳能电... 详细信息

为了提高有机太阳能电池(Organic solar cells, OSCs)给体材料的光吸收效率,本文设计了系列以噻吩异靛蓝分子片段为中心,不同芳香杂环为π-桥,1,8-萘酰二胺(1,8-Naphthalimide, NI)分子片段为端基的新型π-共轭化合物作为有机太阳能电池给体材料.利用量子化学中的密度泛函理论和含时密度泛函理论方法,对所设计的化合物的光学和电子性质进行了研究,探究分子结构与光谱和电子性质之间的联系.计算结果表明,通过在母体化合物中引入不同的π-桥,可以有效调节所设计分子的前线分子轨道能级、能隙和光谱性质.但是,其对设计分子的几何结构影响不大.设计的化合物分子均具有窄的能隙,在可见光和近红外光谱(NIR)区都有强吸收,这有利于提高有机太阳能电池光吸收效率.前线分子轨道能级分析发现,部分设计的化合物能级与典型富勒烯受体材料相匹配,可选用传统PCBM,bisPCBM和PC_(71)BM作为受体材料,另一部分设计化合物,则应考虑选用其他的太阳能电池受体材料.研究结果表明,本文所设计的化合物可作为具有红光或NIR区有强吸收的高效太阳能电池给体材料应用于太阳能电池中.本研究为开发和合成新型高效有机太阳能给体材料提供理论依据.

关键词： 1,8-萘酰二胺密度泛函理论前线分子轨道有机太阳能电池吸收光谱

ZnO/Cs_(2)CO_(3)双电子传输层有机太阳能电池

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福州大学学报（自然科学版） 2022年第2期50卷 181-186页

作者：何加雄俞金玲郑巧福州大学物理与信息工程学院福建福州350108

有机太阳能电池的异质结界面是影响其性能的一个重要因素.以氧化锌/碳酸铯作为双电子传输层,改善电子传输层与活性层的界面接触并提高电子传输能力.利用溶胶-凝胶法制备OSCs器件,通过优化的双电子传输层,使基于PTB7-Th:PC_(71)BM的OSCs... 详细信息

有机太阳能电池的异质结界面是影响其性能的一个重要因素.以氧化锌/碳酸铯作为双电子传输层,改善电子传输层与活性层的界面接触并提高电子传输能力.利用溶胶-凝胶法制备OSCs器件,通过优化的双电子传输层,使基于PTB7-Th:PC_(71)BM的OSCs器件的最高效率达到了8.08%,其相较于ZnO电子传输层器件提高了10.68%.实验表明,由于ZnO/Cs_(2)CO_(3) ETLs具有最佳的表面形貌和光吸收,其填充因子、短路电流密度和电子迁移率都显著提升.这种ZnO/Cs_(2)CO_(3)双电子传输层为OSCs性能改善提供了新的思路.

关键词：有机太阳能电池双电子传输层氧化锌碳酸铯

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有机太阳能电池的研究进展

电子工业专用设备 2022年第2期51卷 5-9页

作者：何远东张伟才杨静陈晨中国电子科技集团公司第四十六研究所天津300220

作为一种成本低廉、工艺简单、可柔性加工的储能器件技术,有机太阳能电池已经成为新型太阳能电池领域的重要发展方向。解决活性层材料的设计、入射光调控结构的应用及传输层界面的修饰问题,提升光电转化效率是目前有机太阳能电池的研究... 详细信息

作为一种成本低廉、工艺简单、可柔性加工的储能器件技术,有机太阳能电池已经成为新型太阳能电池领域的重要发展方向。解决活性层材料的设计、入射光调控结构的应用及传输层界面的修饰问题,提升光电转化效率是目前有机太阳能电池的研究热点。综述了有机太阳能电池的研究进展,包括有机太阳能电池的设计与制备、界面缓冲材料设计及给体/受体材料改性研究,并展望了有机太阳能电池未来的发展方向。

关键词：有机太阳能电池给体受体光电转化效率

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有机太阳能电池第三组分对器件性能的影响

广州化工 2023年第1期51卷 7-9页

作者：聂增坤高敬顺孙春晓白皓磊张成杨德红王坤中原工学院材料与化工学院河南郑州451191

有机太阳能电池(OSCs)的能量转换效率(PCE)已经超过19%,但仍落后于商业化的无机硅太阳能电池。研究表明,通过在二元OSC中引入第三组分构建三元有机太阳能电池(TOSCs)可进一步提高器件的光伏性能。本文简要概述了有机光伏的发展历程,三... 详细信息

有机太阳能电池(OSCs)的能量转换效率(PCE)已经超过19%,但仍落后于商业化的无机硅太阳能电池。研究表明,通过在二元OSC中引入第三组分构建三元有机太阳能电池(TOSCs)可进一步提高器件的光伏性能。本文简要概述了有机光伏的发展历程,三元有机太阳能电池国内外研究现状,并就第三组分对器件性能的影响作了总结分析,如第三组分对短路电流、填充因子和能量损失的影响等。期望能给同行开展相关研究提供思路和一定的借鉴意义。

关键词：有机太阳能电池能量转换效率第三组分光伏性能

基于“非合金模型”的三元有机太阳能电池的研究

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基于“非合金模型”的三元有机太阳能电池的研究

作者：倪永峰中国科学技术大学

学位级别：硕士

有机太阳能电池作为新型的清洁可再生能源技术之一,吸引了研究人员的广泛关注。有机太阳能电池质量轻,制备工艺简单,可以制成彩色、柔性、半透明的器件。经过研究人员的不断探索,单结器件的能量转换效率已经超过18%,具有非常大的发展潜... 详细信息

有机太阳能电池作为新型的清洁可再生能源技术之一,吸引了研究人员的广泛关注。有机太阳能电池质量轻,制备工艺简单,可以制成彩色、柔性、半透明的器件。经过研究人员的不断探索,单结器件的能量转换效率已经超过18%,具有非常大的发展潜力和应用前景。为了进一步提升有机太阳能电池的性能,简单又有效的三元策略被开发了出来,掺入的第三组分不仅可以拓宽活性层的光谱吸收范围,还可以调节活性层形貌、促进激子解离、改善电荷迁移率、抑制电荷复合。虽然三元有机太阳能电池近年来被广泛关注,但是新型材料的合成以及第三组分与主体材料间的共混行为还有待进一步研究。本论文基于目前高效的PM6:Y6体系,合成了新型的小分子材料对其进行掺杂,获得了器件性能的进一步提升,并通过探究第三组分与主体材料之间的混溶性提出了“非合金模型”的概念。具体研究内容包括:（1）设计并合成了与Y6混溶性较好的小分子材料BTP-ClOH,将其作为第三组分应用到PM6:Y6体系中,提升了器件效率。BTP-ClOH与PM6和Y6的吸收光谱互补,体系的光子利用率得以提升,因此短路电流密度从26.3 mA cm-2提升到了 26.9mA cm-2。同时,BTP-ClOH的LUMO能级比Y6更高,可与给受体材料形成“阶梯型”的能级结构,起到了提升开路电压的作用。在最优的掺杂比例下,基于PM6:Y6:BTP-ClOH的三元器件的能量转换效率可以达到16.2%,但其对第三组分掺杂含量的容忍度较低,掺杂比例较高时器件性能会显著降低。（2）为了解决上述体系中掺杂容忍度较低的问题,设计并合成了与Y6混溶性适中的小分子材料BTP-MCA,将其作为第三组分应用到PM6:Y6体系中,提升了器件的效率和稳定性,并提出了基于三元体系的新模型一一“非合金模型”。BTP-MCA和Y6具有部分相似的结构但基本性质有所差异,因此在三元薄膜中,BTP-MCA没有与Y6形成均匀的混合相而是处于PM6和Y6的界面处。BTP-MCA不仅可以通过福斯特能量转移来提升器件开路电压,还可以填补部分缺陷并促进电荷传输来提升短路电流和填充因子。基于PM6:Y6:BTP-MCA的三元器件经过优化后,能量转换效率可以达到17.0%,其对第三组分的掺杂含量具有高的容忍度,同时最优三元器件的稳定性也得到了提升。

关键词：有机太阳能电池三元策略混溶性非合金模型

同方学位论文库评论

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体异质结有机太阳能电池性能提高的研究

光谱学与光谱分析 2008年第4期28卷 740-744页

作者：苏梦蟾衣立新汪洋时玉萌梁春军北京交通大学光电子技术研究所发光与光信息技术教育部重点实验室北京100044 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730070 浙江理工大学理学院浙江杭州310018

制备了四种不同结构的有机太阳能电池器件,器件1ITO/LiF/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/C60/Al、器件2ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/C60/Al、器件3ITO/LiF/PEDOT∶PSS/MEH-PPV∶C60/C60/Al和器件4ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV∶C60/C60/Al。测量了它们的电流-电压特性,结果显示在ITO和PEDOT∶PSS之间插入一薄层LiF使得器件性能得到较大提高。其器件1的JSC和FF比器件2的提高了74%和31%;器件3的JSC比器件4的提高了约40%。这主要是由于LiF层有效地抑制了空穴向阳极的传输,并且LiF层在ITO和PEDOT:PSS之间形成了良好的界面特性。因此,这种结构上的改进有效地提高了有机太阳能电池的性能。

关键词：有机太阳能电池氟化锂短路电流密度(JSC) 开路电压(VOC) 体异质结填充因子(FF)

非富勒烯单组分有机太阳能电池合成及性能研究

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非富勒烯单组分有机太阳能电池合成及性能研究

作者：胡志杰北京化工大学

学位级别：硕士

有机半导体有材料来源广,可卷对卷加工,结构调控性高,可半透明化等优点,有希望成为制备大面积柔性太阳能电池的材料,研究价值突出,应用前景广泛,近年来逐渐被科学家们所重视。目前双组分有机太阳能电池由于长时间光照和工作环境温度较... 详细信息

有机半导体有材料来源广,可卷对卷加工,结构调控性高,可半透明化等优点,有希望成为制备大面积柔性太阳能电池的材料,研究价值突出,应用前景广泛,近年来逐渐被科学家们所重视。目前双组分有机太阳能电池由于长时间光照和工作环境温度较高导致的过度相分离,导致D-A界面减少,器件效率衰减。单组分有机太阳能电池由于活性层只有单一组分,不存在自聚集问题,可以很好的解决有机光伏器件的稳定性问题。目前单组分有机太阳能电池效率仍落后于双组分有机太阳能电池,因此开发更高效率的单组分有机太阳能电池活性层材料势在必行。本文设计合成了一系列双缆共轭高分子,通过对分子结构的精细调控,寻求单组分有机太阳能电池效率提升的契机,主要工作如下:1、以PCl BDB-T为共轭给体骨架,萘酰亚胺(NDI)分子为受体单元,设计合成了一系列具有不同长度链接单元的双缆共轭聚合物P06-P16,研究发现聚合物结晶性能随链长的变化发生变化,从而影响给,受体相分离尺度,这也反映在单组分有机太阳能电池的载流子迁移率与能量转换效率等性能参数。研究发现,当给受体采用癸基(CH)和十二烷基(CH)连接链的双缆聚合物P10和P12分别表现出7.70%和7.68%的最佳PCE。为双缆型共轭聚合物的结构设计与相分离调控提供了借鉴思路。2、选用PM7做共轭给体骨架,近红外非稠环A-D-A类受体做侧链,通过调整受体的氟化程度,设计合成了一系列双缆共轭聚合物HP12-HP14。由于卤素原子有存在较强的拉电子能力从而降低分子能级并且卤素原子与分子其他原子间的相互作用会影响分子间的堆积与结晶,因此,HP系列聚合物展现出不同的带隙与结晶性能。研究发现,受体片段含4个F原子的双缆聚合物HP12展现出了10.18%最佳PCE。这项工作为为以后开发更高效的双缆共轭聚合物提供了很好的设计思路。

关键词：有机太阳能电池非富勒烯双缆共轭聚合物单组分相分离