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有机太阳能电池活性层材料

材料科学 2018年第4期8卷 286-300页

作者：叶明富陈丙才王标陈国昌许立信孔祥荣安徽工业大学化学与化工学院和县化工产业发展研究院安徽马鞍山安徽工大化工科技有限公司安徽马鞍山武汉大学化学与分子科学学院湖北武汉北京建筑材料科学研究总院有限公司北京

有机太阳能电池活性层材料包括给体材料和受体材料,其中给体材料有低聚噻吩类、三苯胺类、苯并二噻吩类和吡咯并吡咯二酮类等;而受体材料分富勒烯及衍生物材料类和非富勒烯小分子受体材料类。有机太阳能电池活性层材料正快速发展且具有... 详细信息

有机太阳能电池活性层材料包括给体材料和受体材料,其中给体材料有低聚噻吩类、三苯胺类、苯并二噻吩类和吡咯并吡咯二酮类等;而受体材料分富勒烯及衍生物材料类和非富勒烯小分子受体材料类。有机太阳能电池活性层材料正快速发展且具有巨大潜力,本文简述了有机太阳能电池活性层材料研究进展。

关键词：有机太阳能电池活性层材料给体材料受体材料

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半透明有机太阳能电池研究进展

高等学校化学学报 2023年第9期44卷 253-270页

作者：郑昊霖刘武岳朱晓张中国科学院化学研究所北京分子科学国家实验室中国科学院有机固体重点实验室北京100190 中国科学院大学化学科学学院北京100049

半透明有机光伏(ST-OPVs)相比其它无机光伏技术,因为其活性层材料可调节的电子能级和选择性的吸收光谱,在作为温室的发电屋顶、现代建筑外墙和采光玻璃等应用中具有本征优势.随着高效窄带隙聚合物给体和近红外非富勒烯受体材料的快速发... 详细信息

半透明有机光伏(ST-OPVs)相比其它无机光伏技术,因为其活性层材料可调节的电子能级和选择性的吸收光谱,在作为温室的发电屋顶、现代建筑外墙和采光玻璃等应用中具有本征优势.随着高效窄带隙聚合物给体和近红外非富勒烯受体材料的快速发展, ST-OPVs的光利用效率在过去十年取得了显著进展,本征和具有光学修饰的半透明器件的光利用效率分别超过了3%和5%.为了进一步推动半透明有机光伏技术的实用化,进一步提升器件的光利用效率仍是研究重点.基于此,本文分别从半透明器件的理论模型、活性层材料设计和器件光学修饰等角度综合评述了近期ST-OPVs的重要进展,为未来器件性能的优化提供了参考.

关键词：半透明有机光伏活性层材料器件光学修饰

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金属配合物在有机太阳电池中的应用进展

高等学校化学学报 2023年第9期44卷 46-75页

作者：王嘉睿于润楠谭占鳌北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心北京100029

有机太阳电池因具有质量轻、色彩丰富及可制备柔性大面积器件等优势而备受关注.开发高性能的活性层给、受体材料及界面层材料是提升有机太阳电池光电性能的关键.金属配合物兼具金属配位的自组装有序性和有机分子的结构多样性,且具有较... 详细信息

有机太阳电池因具有质量轻、色彩丰富及可制备柔性大面积器件等优势而备受关注.开发高性能的活性层给、受体材料及界面层材料是提升有机太阳电池光电性能的关键.金属配合物兼具金属配位的自组装有序性和有机分子的结构多样性,且具有较高的三线态激子密度和较长的激子寿命,是一类重要的光电功能材料.随着对不同金属配合物光电性质的不断研究,越来越多的金属配合物光电材料被应用于有机太阳电池中,并获得了较高的器件光电性能.本文综述了基于铂、锌、铱、钌、锆等金属的配合物在有机太阳电池活性层、界面层及添加剂中的应用,并对其结构-性能关系进行了深入分析,最后对这类材料面临的挑战与机遇进行了展望,以便为高性能金属配合物材料的设计及其在有机太阳电池中的应用提供参考与启发.

关键词：有机太阳电池金属配合物活性层材料界面层材料

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非富勒烯有机光伏电池活性材料的设计与合成

非富勒烯有机光伏电池活性材料的设计与合成

作者：曾娣武汉工程大学

学位级别：硕士

自从步入新世纪,全球的经济高速发展并且人民的生活水平日益提高,为了满足以上需求,人类仅开发煤、石油等化石能源,这不仅造成了能源枯竭问题,而且也导致了严峻的环境污染问题。因此,寻找可替代的清洁能源迫在眉睫,而有机太阳能电池因... 详细信息

自从步入新世纪,全球的经济高速发展并且人民的生活水平日益提高,为了满足以上需求,人类仅开发煤、石油等化石能源,这不仅造成了能源枯竭问题,而且也导致了严峻的环境污染问题。因此,寻找可替代的清洁能源迫在眉睫,而有机太阳能电池因其原料易得、成本低廉、质轻、易加工、光伏性质可调控等优点受到了科学家的广泛关注。在体异质结有机光伏电池中,活性层材料是人们研究的热点,其中活性层材料分为两个部分:受体材料和给体材料。两种材料的共同发展,极大促进了有机光伏电池性能的提高。本论文从给受体两种材料分别入手,设计合成了一种联苯核心的吡咯并吡咯二酮小分子受体材料以及两种氯原子取代位置不同的苯并双噻吩-苯并三唑的聚合物给体材料,分别表征了其光学和电化学等性质;并制备了相应的有机光伏电池,从给受体材料这两方面分别探讨了结构与光伏性能之间的关系。具体开展工作如下:在第一个体系中,设计并合成了一种以联苯为核心的吡咯并吡咯二酮小分子受体BP(DPPB),同时合成了以螺二芴为核心的吡咯并吡咯二酮小分子受体SF(DPPB)作为对比物,对其热学、光学和电化学性质进行了表征。以P3HT为给体材料,分别制备了基于BP(DPPB)和SF(DPPB)的有机光伏电池,并研究了退火温度对基于BP(DPPB)光伏电池的影响,以及探究了具有不同大小尺寸核心的两种结构与对应电池性能之间的关系。研究结果表明,当退火温度达到化合物BP(DPPB)的玻璃化转变温度,即120℃时,基于BP(DPPB)电池获得了最高1.43%的光电转化效率。而对比基于BP(DPPB)和SF(DPPB)的有机光伏电池,可以发现具有更大尺寸碳氢芳环核心的SF(DPPB)相应有更优的光伏性能。这一结果指明了引入一个尺寸更大的三维碳氢芳环核心是提高基于吡咯并吡咯二酮小分子受体有机电池光伏性能的有效手段。在第二个体系中,设计并合成了两种氯原子取代位置不同的苯并双噻吩-苯并三唑的聚合物给体材料3’-J52-2Cl和4’-J52-2Cl,对两种材料的热学、光学和电化学等性质进行了表征,结果表明在π桥噻吩的3号位取代得到的3’-J52-2Cl有更扭转的构型,分子具有更大的位阻效应,导致紫外-可见吸收光谱发生大幅度的蓝移,并且最高占据分子轨道(HOMO)能级大程度的降低。以ITIC为受体材料,分别制备了基于3’-J52-2Cl和4’-J52-2Cl的有机光伏电池,探究了具有不同氯原子取代位置的分子结构与光伏性能之间的关系。聚合物4’-J52-2Cl的分子结构由于有更小的位阻效应,制得的有机光伏电池获得了显著提高的光电转化效率,达到6.67%,而基于3’-J52-2Cl电池仅获得0.03%的光电转化效率。这一工作表明在π桥噻吩上的4号位取代氯原子,更利于促使整个分子有更小的位阻效应,导致有机电池光伏性能的提高。这一结论对未来研究有机光伏电池的活性层材料进行氯原子不同位置的改性具有一定的指导意义。

关键词：有机光伏器件活性层材料非富勒烯受体吡咯并吡咯二酮氯原子

有机太阳能电池供受体材料的分子设计和光伏性能研究

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有机太阳能电池供受体材料的分子设计和光伏性能研究

作者：唐小琴西南大学

学位级别：硕士

太阳能作为目前最具发展潜力的清洁能源,有机太阳能电池作为它的主要应用者之一具有制备工艺简单、易加工、质量轻、成本低等优点,在人类生产、生活中占有重要地位。为了研究活性层中材料中分子结构,对有机太阳能电池器件的光电转换效... 详细信息

太阳能作为目前最具发展潜力的清洁能源,有机太阳能电池作为它的主要应用者之一具有制备工艺简单、易加工、质量轻、成本低等优点,在人类生产、生活中占有重要地位。为了研究活性层中材料中分子结构,对有机太阳能电池器件的光电转换效率的影响,一系列新的材料分子(包括小分子受体材料和聚合物供体材料)在本文中被设计出来,就上述问题进行探讨。基于量子化学理论、密度泛函理论和含时密度泛函理论,我们研究了三种活性层材料的电学和光学性质。并通过马库斯转移理论和第一性原理,模拟了其各自的电荷转移性质,计算出各分子间的载流子迁移率。本文的主要目的是从理论上,定性地解释通过修饰分子结构改变材料分子的相关性质,为实验合成提供有效的设计策略和可靠的理论指导。主要内容包括:第一节:主要介绍有机太阳能电池的发展史和国内外发展现状、器件的组成结构及其工作原理、一些活性层材料的综述以及本文的选题意义。第二节:该章主要阐述了本文在计算过程中,主要用到的理论方法(密度泛函理论、含时密度泛函理论和马库斯理论)和计算手段。详细介绍了每个理论的原理,并列举了体系中所用的计算公式。此外,我们还简单介绍了有机太阳能电池光电转换效率的表征方式和影响各参数的主要因素。第三节:本章我们通过在A单元(TPD)引入不同的环状化合物(呋喃、噻吩和苯)和吸电子取代基(-OCH3、-F、-CN),设计了一系列不同的共轭D-A聚合物以研究取代基对聚合物太阳能电池性能的影响。设计这些分子的主要目的是为了回答以下两个问题:一是取代基是如何影响聚合物基态结构性质;二是取代基的引入对材料的电学、光学和电荷传输性质以及光伏性能有什么影响。为了解释这两个问题,我们利用密度泛函理论和含时密度泛函理论,对所有聚合物分子的相关性质进行模拟计算。根据计算结果,聚合物分子X2-3相对于其他分子而言,在电学和光学性质,以及电荷传输性能上具有明显的优势。本章节的设计思路和计算,为设计通过修饰D-A型聚合物供体材料分子的A单元以改善聚合物太阳能电池的光伏性能提供了理论依据。第四节:本章通过DFT-BMK/6-31G*和TDDFT-TPSSH/6-311G*分别从理论上验证了不同π桥构成的D-A型聚合物分子的电子结构和光学性质对有机太阳能电池的的光电转换效率的影响。对比T桥和Tz桥,PDPP2TzTDTP具有较低的HOMO能级,但在近红外区的光吸收较弱,这与实验报道的结果完全一致。为了进一步改善PDPP2TzTDTP的吸收性质,我们设计了两种新的聚合物分子PDPP2TzDTP-Me和PDPP2TzDTP-F。计算结果表明,PDPP2TzDTP-Me和PDPP2TzDTP-F的光学性质和电荷传输性质在PDPP2TzTDTP基础上得到了明显的改善,这说明PDPP2TzDTP-Me和PDPP2TzDTP-F可能具有更高的Jsc。但PDPP2TzDTP-Me的HOMO能级增加0.1 eV,这不利于Voc的提高;而PDPP2TzDTP-F的HOMO能级几乎不变,不会对Voc造成影响,且在一定程度上能够提高Voc值。所以,PDPP2TzDTP-F有望成为有机太阳能电池器件中具有发展前景的活性层供体材料。第五节:本章我们以强吸电子基团2-(1,1-二氰基亚甲基)绕丹宁(DCRD)作为A2单元,基于中心吸电子基团NDI(A1)和低聚噻吩(D)设计了一系列A2-D-A1-D-A2结构的π–共轭小分子低聚物。目的在于探究不同的π桥对整个分子材料性能的影响,并且进一步说明理想受体材料的标准。NDI-2T1DCRD—NDI-2T4DCRD的基态几何结构和光学吸收性质分别通过密度泛函理论和含时密度泛函理论模拟计算得到。为了进一步调整HOMO/LUMO能级,改善光学吸收性能以补偿供体材料的光学吸收,我们通过增加D-A低聚物的缺电子单元的吸电子能力以探究其对分子相关性质电学、光学和电荷传输性质的影响。并且通过第一性原理,我们较精确地预测了NDI-2T3DCRD在活性层的电子迁移率(5.71×10-3cm2V-1S-1)。此外,我们结合经典的供体材料分子—聚(3-己基噻吩)(P3HT),定性地模拟了活性层材料(P3HT/NDI-2T3Me和P3HT/NDI-2T3DCRD)的光学吸收性质。结果表明,A2-D-A1-D-A2型低聚物在可见光区和近红外区域的吸收刚好可以补偿P3HT的不足,这对有机太阳能电池中的短路电流(Jsc)的提高有着非常重大的影响。综上,通过调节基于NDI型低聚物受体中端基的吸电子能力,的确可以改善活性层材料分子的电荷传输性质,这对设计理想的供体材料是一种行之有效的方法。

关键词：有机太阳能电池活性层材料电子供体/受体电荷转移

适用于大面积印刷加工的高效聚合物太阳电池材料及器件

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适用于大面积印刷加工的高效聚合物太阳电池材料及器件

中国化学会第30届学术年会-第二十二分会：有机光伏的机...

作者：黄飞华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室

随着有机太阳电池的光电转换效率不断取得突破性进展,如何实现高效太阳电池的大面积印刷加工成为新的研究热点,这就要求在电池器件的制备过程中,每一层组成薄膜均可实现厚膜加工,且薄膜厚度的变动对整体器件效率影响不大。本研究着重于... 详细信息

随着有机太阳电池的光电转换效率不断取得突破性进展,如何实现高效太阳电池的大面积印刷加工成为新的研究热点,这就要求在电池器件的制备过程中,每一层组成薄膜均可实现厚膜加工,且薄膜厚度的变动对整体器件效率影响不大。本研究着重于降低材料性能对膜厚的依懒性,并且从活性层材料及界面材料两个方向出发,分别给出了设计思路及解决途径。在活性层材料方面,设计合成了萘并二噻二唑类给体材料,利用其大平面结构增强分子间堆积排列,可使活性层膜厚增加至微米级别时维持较高的器件效率。在界面材料方面,利用两种带相反离子电荷的界面材料间的静电自组装作用,可实现大面积制备时界面膜厚的精准可调。此外,我们也设计合成了一类新型萘并酰亚胺类界面材料,这类材料通过自掺杂作用具备较高电子迁移率,可实现厚膜加工应用。

关键词：聚合物太阳电池厚膜加工活性层材料界面材料

来源： cnki会议评论

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柔性有机太阳能电池研究状况及发展趋势浅析

电子元件与材料 2014年第10期33卷 1-6,21页

作者：龚秀蒋玉荣李萌王传坤马恒河南师范大学物理与电子工程学院河南新乡453007 河南省光伏材料重点实验室河南新乡453007 兴义民族师范学院物理系贵州兴义562400

柔性有机太阳能电池具有质轻、制作工艺简单、成本低等特点,现已成为近年太阳能利用方面研究的热点。从光伏效应的基本原理和器件结构出发,重点介绍了柔性有机太阳能电池基板、电极、修饰层、活性层等的材料与制作工艺的研究进展。最后... 详细信息

柔性有机太阳能电池具有质轻、制作工艺简单、成本低等特点,现已成为近年太阳能利用方面研究的热点。从光伏效应的基本原理和器件结构出发,重点介绍了柔性有机太阳能电池基板、电极、修饰层、活性层等的材料与制作工艺的研究进展。最后对柔性光伏器件的应用前景和商业化趋势进行了展望。

关键词：有机太阳能电池柔性基板综述透明电极活性层材料 R2R印刷倒置结构