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一维/二维共轭给受体材料的匹配

一维/二维共轭给受体材料的匹配

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第六届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会

作者：王嘉宇肖轶群朱润与傅有全路新慧占肖卫北京大学工学院材料系香港中文大学物理系

有机太阳能电池给体和受体的吸收、能级、混溶性和形貌等方面的匹配对实现高的器件性能非常重要。一维和二维共轭的给受体材料已被广泛研究,但这些给体(或受体)材料的结构通常差异较大,且与不同的受体(或给体)共混,因此很难总结出给受... 详细信息

有机太阳能电池给体和受体的吸收、能级、混溶性和形貌等方面的匹配对实现高的器件性能非常重要。一维和二维共轭的给受体材料已被广泛研究,但这些给体(或受体)材料的结构通常差异较大,且与不同的受体(或给体)共混,因此很难总结出给受体共轭维数的匹配对器件性能的影响规律。我们特别选择了两个主链相同的聚合物给体FTAZ和J71,两个分子骨架相同的稠环电子受体ITIC1和ITIC2(图1)。FTAZ和ITIC1是一维共轭的,J71和ITIC2是二维共轭的。受体中的二维共轭侧链可以诱导受体分子聚集,增大共混膜中受体相的尺寸;给体中的二维共轭侧链可以提高给受体的混溶性,增大共混膜中共混相的尺寸。大的纯相有利于电荷传输但不利于激子分离,大的共混相有利于激子分离但不利于电荷传输。二维共轭侧链可以同时有效调控给受体的混溶性和结晶性,实现电荷传输和激子分离之间的平衡。本工作中,维数交叉的两种组合,即一维给体/二维受体FTAZ:ITIC2(11.0%)和二维给体/一维受体J71:ITIC1(10.6%),更能实现这种平衡,所以表现出比一维给体/一维受体FTAZ:ITIC1(8.54%)和二维给体/二维受体J71:ITIC2(9.55%)更优的性能。

关键词：有机太阳能电池稠环电子受体一维共轭二维共轭

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第三组分端基对有机太阳能电池性能的影响

第三组分端基对有机太阳能电池性能的影响

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第五届新型太阳能电池学术研讨会

作者：薛佩瑶姜浩天占肖卫北京大学工学院材料系

有机太阳能电池由于其成本较低、制作简单、对环境友好、可用于大面积柔性器件等优点已成为太阳能电池领域研究热点。近年来,从材料设计上发展以稠环电子受体为代表的新型非富勒烯受体和从器件制备上设计三元共混器件成为了两种提高有... 详细信息

有机太阳能电池由于其成本较低、制作简单、对环境友好、可用于大面积柔性器件等优点已成为太阳能电池领域研究热点。近年来,从材料设计上发展以稠环电子受体为代表的新型非富勒烯受体和从器件制备上设计三元共混器件成为了两种提高有机太阳能电池光电转换效率(PCE)的有效方法。我们利用宽带隙聚合物FTAZ作为给体,窄带隙稠环电子受体FOIC作为受体,两种结构相似,仅端基不同的中宽带隙稠环电子受体IDT-IC和IDT-NC(图1)分别作为第三组分,制备了两种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。我们发现,IDT-NC与IDT-IC相比,LUMO能级下降0.11 eV,吸收范围红移40 nm,电子迁移率提高50%。并且基于FTAZ:FOIC:IDT-IC的三元共混体系,相比于二元体系FTAZ:FOIC来说,开路电压(V)、短路电流(J)和填充因子(FF)可以实现同时提高,PCE可达11.2%。而对于FTAZ:FOIC:IDT-NC体系,由于IDT-NC和FOIC的LUMO能级相近,吸收光谱高度重叠,导致V增长较少,J降低,从而仅实现10.4%的光电转换效率。

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

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氟代氰基茚酮在有机太阳能电池受体中的应用

氟代氰基茚酮在有机太阳能电池受体中的应用

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第四届新型太阳能电池学术研讨会

作者：代水星占肖卫北京大学工学院材料系

我们将氟原子引入到氰基茚酮上,合成了拉电子能力更强的氟代氰基茚酮。同时,我们还合成了九并稠环给电子单元(IBDT),IBDT较七并稠环IDTT具有更强的给电子能力,有利于扩宽分子的吸收。将IBDT与氟代氰基茚酮相连,合成了INIC系列稠环受体... 详细信息

我们将氟原子引入到氰基茚酮上,合成了拉电子能力更强的氟代氰基茚酮。同时,我们还合成了九并稠环给电子单元(IBDT),IBDT较七并稠环IDTT具有更强的给电子能力,有利于扩宽分子的吸收。将IBDT与氟代氰基茚酮相连,合成了INIC系列稠环受体。由于氟原子的引入,使得INIC1-3比INIC的LUMO能级降低,薄膜吸收和迁移率明显提高,器件效率得到了一定程度的提升。同时,氟代氰基茚酮在ITIC-Th体系上的成功应用也证明了这一点。

关键词：稠环电子受体氟代氰基茚酮有机太阳能电池 INIC ITIC-Th1

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氟代氰基茚酮在有机太阳能电池受体中的应用

氟代氰基茚酮在有机太阳能电池受体中的应用

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中国化学会2017全国高分子学术论文报告会

作者：代水星占肖卫北京大学工学院

我们将氟原子引入到氰基茚酮上,合成了拉电子能力更强的氟代氰基茚酮（FIC）。同时,我们还合成了九并稠环（IBDT）给电子单元,IBDT较七并稠环IDTT具有更大的共轭长度,更刚性的平面结构和更强的给电子能力,有利于扩宽分子的吸收。将IBDT... 详细信息

我们将氟原子引入到氰基茚酮上,合成了拉电子能力更强的氟代氰基茚酮（FIC）。同时,我们还合成了九并稠环（IBDT）给电子单元,IBDT较七并稠环IDTT具有更大的共轭长度,更刚性的平面结构和更强的给电子能力,有利于扩宽分子的吸收。将IBDT单元与FIC相连,合成了新型九并稠环电子受体INIC系列（INIC、INIC1、INIC2和INIC3）。由于氟原子的引入,使得INIC1-3比无氟取代的INIC分子的LUMO能级降低,薄膜吸收明显红移,迁移率明显提高,器件效率得到了明显提升。其中,基于INIC3的器件效率可达11.5%。同时,我们还将氟代氰基茚酮应用于ITIC-Th体系上,合成了性能更加优异的窄带系稠环电子受体ITIC-Th1,与FTAZ共混,单结两组分电池的效率达到12.1%。

关键词：稠环电子受体氟代氰基茚酮有机太阳能电池 INIC ITIC-Th1

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具有近红外吸收的含氟受体在有机太阳能电池中的应用

具有近红外吸收的含氟受体在有机太阳能电池中的应用

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第五届新型太阳能电池学术研讨会

作者：代水星李腾飞占肖卫北京大学工学院材料系

我们以氟代氰基茚酮为端基,4T,6T和8T三种多噻吩单元为核,设计合成了三种具有较强的近红外吸收的稠环电子受体:F6IC,F8IC和F10IC。实验结果表明,随着稠环核共轭长度的增加,材料的吸收红移至1000 nm,LUMO/HOMO上升。以PTB7-Th为给体,得... 详细信息

我们以氟代氰基茚酮为端基,4T,6T和8T三种多噻吩单元为核,设计合成了三种具有较强的近红外吸收的稠环电子受体:F6IC,F8IC和F10IC。实验结果表明,随着稠环核共轭长度的增加,材料的吸收红移至1000 nm,LUMO/HOMO上升。以PTB7-Th为给体,得到的两组分器件效率分别为7.1%,10.9%和10.2%。PTB7-Th/F8IC/PC71BM三组分器件效率最佳为12.3%。

关键词：稠环电子受体含氟电子受体有机太阳能电池近红外吸收三组分

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明星分子ITIC的探索之旅

明星分子ITIC的探索之旅

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第五届新型太阳能电池学术研讨会

作者：占肖卫北京大学工学院材料系

由于富勒烯受体存在可见区吸收弱、能级调控难、易聚集导致器件稳定性差等缺点,非富勒烯受体越来越受到人们的关注。2015年,我们提出了稠环电子受体新概念,创造了高性能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... 详细信息

由于富勒烯受体存在可见区吸收弱、能级调控难、易聚集导致器件稳定性差等缺点,非富勒烯受体越来越受到人们的关注。2015年,我们提出了稠环电子受体新概念,创造了高性能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;2)高迁移率,可与富勒烯受体媲美;3)宽而强的吸收,特别是在太阳最大光子流700-800 nm处有极强吸收,与宽带隙给体匹配,可实现可见近红外宽光谱吸收;4)吸收、能级可调,可与多种高性能电子给体匹配;5)溶解性、结晶性和薄膜形貌可调;6)光、热、形貌稳定性好;7)高效率;8)易规模化制备。基于稠环电子受体的单结两组分有机太阳能电池效率超过14%。我们发明的稠环电子受体已在商业销售,国内外近百个课题组使用ITIC类受体制备了高效率有机太阳能电池,电池效率超过富勒烯体系。

关键词：有机太阳能电池稠环电子受体 ITIC 非富勒烯受体

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