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非对称稠环光伏电子受体

高等学校化学学报 2023年第7期44卷 71-82页

作者：司文钦李腾飞林禹泽中国科学院化学研究所有机固体实验室北京分子科学国家研究中心北京100190 中国科学院大学北京100049

近几年,受益于稠环电子受体材料的蓬勃发展,有机太阳能电池的能量转换效率从富勒烯时代的12%迅速提高到非富勒烯时代的20%.其中,非对称结构的分子设计策略发挥了重要作用.本文按照稠环骨架、末端基团和侧链3种非对称分子设计策略,综合... 详细信息

近几年,受益于稠环电子受体材料的蓬勃发展,有机太阳能电池的能量转换效率从富勒烯时代的12%迅速提高到非富勒烯时代的20%.其中,非对称结构的分子设计策略发挥了重要作用.本文按照稠环骨架、末端基团和侧链3种非对称分子设计策略,综合评述了非对称稠环电子受体的研究进展,并讨论了其中的结构-性能关系;最后,对非对称稠环电子受体的未来发展进行了展望.

关键词：非对称分子结构稠环电子受体非富勒烯受体有机太阳能电池

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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

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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

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氮桥连星型稠环电子受体的合成与光伏性能

中国科学：化学 2022年第11期52卷 2104-2112页

作者：王卫杰安睿琪王统吴晓甫童辉王利祥中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室长春130022

采用苯并三(二噻吩并吡咯)为稠环骨架,5,6-二氯-3-(二氰基亚甲基)靛酮为拉电子端基,设计合成了一种氮桥连星型稠环电子受体.利用强给电子苯并三(二噻吩并吡咯)稠环骨架与氯取代拉电子端基结合,增强分子内电荷转移,导致电子受体分子的吸... 详细信息

采用苯并三(二噻吩并吡咯)为稠环骨架,5,6-二氯-3-(二氰基亚甲基)靛酮为拉电子端基,设计合成了一种氮桥连星型稠环电子受体.利用强给电子苯并三(二噻吩并吡咯)稠环骨架与氯取代拉电子端基结合,增强分子内电荷转移,导致电子受体分子的吸收位于500~800 nm、摩尔消光系数为3.2×10^(5)Mcm、光学带隙为1.56 eV.将其分别与吸收互补的宽带隙聚合物给体PM6和D18共混作为活性层,制备了有机太阳能电池器件.相比PM6为给体,受体分子与D18的共混膜具有更强的结晶性和合适的纤维状互穿网络相分离结构.通过对比两组器件载流子输运与复合特性,发现采用D18作为给体使电荷传输更平衡、复合减弱、激子解离和电荷收集更有效,其电池器件的能量转换效率为12.0%.

关键词：星型结构稠环电子受体氮桥有机太阳能电池能量转换效率

新型稠环电子受体的界面修饰对钙钛矿太阳能电池性能的影响

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科学通报 2019年第18期64卷 1887-1895页

作者：杜斌斌赵大伟侯志灼郑灵灵刘星雨陈迪春高潮云大钦厦门大学能源学院厦门361102 西安近代化学研究所西安710065 中船重工第七二五研究所厦门材料研究院厦门361006

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)因具有能量转换效率(power conversion efficiency, PCE)高、成本低、易于大面积制造等优点而被科学家们广泛关注.氧化物电子传输层的合理界面设计及修饰对提高器件的PCE和工作长期稳定... 详细信息

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)因具有能量转换效率(power conversion efficiency, PCE)高、成本低、易于大面积制造等优点而被科学家们广泛关注.氧化物电子传输层的合理界面设计及修饰对提高器件的PCE和工作长期稳定性有着十分重要的意义.因此,本文采用一种含有烷基噻吩基侧链的稠环电子受体材料3,9-二(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰甲烯基)-茚酮))-5,5,11,11-四(5-己基噻吩)-二噻吩并[2,3-d:2′,3′-d′]-s-引达省[1,2-b:5,6-b′]二噻吩(3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(5-hexylthienyl)-dithieno[2,3-d:2′,3′-d′]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b′]dithiophene, ITIC-Th)修饰TiO2电子传输层,制备高效稳定的平面结PSCs.研究结果显示,ITIC-Th的界面修饰改善了TiO2薄膜的形貌、接触角等性质,促进了钙钛矿晶粒的高质量生长,大幅度减少了器件表界面的电荷复合,明显提升了光生载流子的抽取率和输运效率,使经ITIC-Th界面修饰的PSC的PCE从未经界面修饰的15.43%显著提高到18.91%.与此同时,器件稳定性的研究结果显示,在室温和湿度为30%的条件下,经ITICTh界面修饰的PSC的PCE在放置约1000 h后依然保持原来的90%,明显高于未经界面修饰的PSC.研究结果对PSC光伏性能的提升具有重要的实际应用价值和学术意义.

关键词：稠环电子受体 ITIC-Th 钙钛矿太阳能电池界面修饰

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稠环电子受体在半透明有机光伏器件中的应用

稠环电子受体在半透明有机光伏器件中的应用

第八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

半透明有机太阳能电池在可穿戴电子产品、汽车玻璃窗、发电式建筑和温室大棚等领域应用前景广阔。本团队率先在国内开展了新型非富勒烯受体的研究,创制了被誉为"里程碑"和"划时代"的"明星分子"ITIC,开创了"稠环电子受体"这一高性能受体... 详细信息

半透明有机太阳能电池在可穿戴电子产品、汽车玻璃窗、发电式建筑和温室大棚等领域应用前景广阔。本团队率先在国内开展了新型非富勒烯受体的研究,创制了被誉为"里程碑"和"划时代"的"明星分子"ITIC,开创了"稠环电子受体"这一高性能受体体系。稠环电子受体颠覆了富勒烯经典体系,突破了有机光伏的瓶颈,实现了器件效率的飞跃,开启了领域的"非富勒烯时代",为领域发展带来了前所未有的新机遇。20余个国家300余个研究组在诸多领域使用稠环电子受体。稠环电子受体在近红外光区展示强吸收特性,可以利用红外光发电而使可见光透过,同时实现高光电转换效率和高可见光透过率,特别适合于制备半透明光伏器件。本报告介绍本团队与合作者在强近红外光吸收的稠环电子受体的分子设计、高性能半透明有机光伏器件的结构设计及其特色应用方面的近期研究进展。

关键词：有机光伏稠环电子受体半透明器件

来源： cnki会议评论

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稠环电子受体聚集态的动力学调控

稠环电子受体聚集态的动力学调控

第八届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：王嘉宇占肖卫北京大学材料学院

有机太阳能电池活性层形貌显著影响器件性能,而组成活性层的给体和受体的聚集态对活性层形貌起决定性作用。常用的活性层形貌调控策略,如优化加工溶剂、溶剂添加剂、热退火和溶剂退火等,通常会同时影响给体和受体的聚集态;分别调控给体... 详细信息

有机太阳能电池活性层形貌显著影响器件性能,而组成活性层的给体和受体的聚集态对活性层形貌起决定性作用。常用的活性层形貌调控策略,如优化加工溶剂、溶剂添加剂、热退火和溶剂退火等,通常会同时影响给体和受体的聚集态;分别调控给体或受体的聚集行为更有利于精确调控活性层形貌,但相关调控策略仍比较缺乏。基中均含有卤素原子,因此分子间相互作用强,结晶性强。FNIC3表现出动力学控制的结晶行为,其结晶性随成膜时间的增长而显著增强(图1b),而聚合物给体PM6(图1a)的结晶性基本不随成膜时间变化(图1b),因此可以通过调节活性层的成膜时间,实现对FNIC3受体分子聚集行为的独立调控,从而精确调控活性层形貌。在短成膜时间条件下,PM6:FNIC3器件的效率为10.0%。随着成膜时间的延长,FNIC3分子逐渐聚集,吸收红移,有利于提高器件电流;电子迁移率升高,有利于提高器件填充因子。在最优成膜时间条件下,PM6:FNIC3器件的效率提升至12.3%。进一步延长成膜时间会使FNIC3形成过大的结晶畴,减小了给受体界面面积,降低了激子解离效率,增大了非辐射能量损失,因此器件短路电流密度和开路电压均降低,效率降低至10.5%。

关键词：有机太阳能电池稠环电子受体聚集态聚集动力学

来源： cnki会议评论

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非对称稠环光伏电子受体（英文）

高等学校化学学报 2023年第7期 81-92页

作者：司文钦李腾飞林禹泽中国科学院化学研究所有机固体实验室北京分子科学国家研究中心中国科学院大学

关键词：非对称分子结构稠环电子受体非富勒烯受体有机太阳能电池

第三组份端基对有机太阳能电池性能的影响（英文）

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物理化学学报 2019年第3期35卷 275-283页

作者：薛佩瑶张俊祥辛景明 RECH Jeromy 李腾飞孟凯鑫王嘉宇马伟尤为 MARDER Seth R. 韩平畴占肖卫北京大学工学院材料科学与工程系教育部高分子化学与物理重点实验室北京100871 美国佐治亚理工大学化学与生物化学学院有机光电中心西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049 美国北卡罗来纳大学教堂山分校化学系

我们用宽带隙聚合物FTAZ(苯并二噻吩-二氟苯并氮三唑共聚物)作为给体,窄带隙稠环电子受体FOIC(六噻吩稠环-氟代腈基茚酮类化合物)作为受体,中带隙稠环电子受体IDT-IC (引达醒-腈基茚酮类化合物)和IDT-NC (引达醒-腈基苯并茚酮类化合物)... 详细信息

我们用宽带隙聚合物FTAZ(苯并二噻吩-二氟苯并氮三唑共聚物)作为给体,窄带隙稠环电子受体FOIC(六噻吩稠环-氟代腈基茚酮类化合物)作为受体,中带隙稠环电子受体IDT-IC (引达醒-腈基茚酮类化合物)和IDT-NC (引达醒-腈基苯并茚酮类化合物)分别作为第三组分,制备了三元共混有机太阳能电池,研究了第三组分端基对器件性能的影响。IDT-IC和IDT-NC具有相似的化学结构,仅端基不同;IDT-IC端基是苯环,而IDT-NC端基是萘环。与IDT-IC相比,IDT-NC吸收光谱红移40nm,LUMO能级下移0.11 eV,电子迁移率提高50%。基于FTAZ:FOIC,FTAZ:IDT-IC,FTAZ:IDT-NC二元共混体系的有机太阳能电池效率分别为9.73%,7.48%,7.68%。FTAZ:FOIC:IDT-IC和FTAZ:FOIC:IDT-NC三元共混器件的效率分别提升到11.2%和10.4%。对于FTAZ:FOIC:IDT-IC三元共混器件,由于IDT-IC比FOIC具有更高的LUMO能级,开路电压(V_(OC))随着IDT-IC含量的增多而增加。由于IDT-IC与FOIC吸收光谱高度互补,短路电流(J_(SC))也显著提高。第三组份IDT-IC的加入改善了薄膜形貌和载流子传输,填充因子(FF)有所提高。对于FTAZ:FOIC:IDT-NC三元共混器件,由于IDT-NC比FOIC具有更高的LUMO能级,V_(OC)随着IDT-NC含量的增多而增加;但由于IDT-NC的LUMO能级比IDT-IC的LUMO能级低,其V_(OC)比FTAZ:FOIC:IDT-IC体系低。由于FOIC和IDT-NC吸收光谱高度重叠,J_(SC)降低。第三组份IDT-NC的加入改善了薄膜形貌和载流子传输,FF提高,甚至比FTAZ:FOIC:IDT-IC体系有更好的载流子传输和FF。

关键词：稠环电子受体非富勒烯受体有机太阳能电池端基效应三元共混