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2023年 第44卷 第9期    刊出日期：2023-09-10

上一期   

序

有机太阳能电池专刊

李永舫, 陈红征, 朱晓张, 何凤

2023, 44(9):  1-4. 

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目次

高等学校化学学报2023年第44卷第9期封面和目次

2023, 44(9):  1-6. 

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综合评述

高性能半透明有机太阳能电池的实现途径

李耀凯, 关诗陶, 左立见, 陈红征

2023, 44(9):  20230166.  doi:10.7503/cjcu20230166

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半透明有机太阳能电池(STOSC)能够同时发电和透光, 是极具应用前景的新能源技术, 未来可应用于建筑物的窗户和屋顶实现光电建筑一体化, 以及农业温室和交通工具等多种领域. 然而, 半透明电池的能量转换效率（PCE）和平均可见光透过率（AVT）的均衡调谐仍是一个问题. 理想的高性能半透明有机太阳能电池需要平衡与提高AVT和PCE, 即在选择性吸收和利用非可见光谱的光子转换为电能的同时, 透过可见光谱区域光子实现透光, 并保持良好的审美观感和颜色纯度. 本文从活性层调控策略、 器件工程和多功能STOSC等多个角度, 讨论和总结了实现高性能STOSC的途径, 为推进该技术的研究和发展提供有益的参考和建议.



半透明有机太阳能电池研究进展

郑昊霖, 刘武岳, 朱晓张

2023, 44(9):  20230365.  doi:10.7503/cjcu20230365

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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.



有机光伏薄膜的力学性能调控与预测

孙冰, 李赛萌, 周康康, 彭忠祥, 叶龙

2023, 44(9):  20230168.  doi:10.7503/cjcu20230168

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有机光伏电池(OPVs)具有颜色丰富、 质轻、 柔性等优点, 在半透明、 可穿戴/可拉伸电子器件领域具有极大的应用前景. 本文重点评述了高效率有机光伏活性层薄膜的力学性能调整策略, 并概述了其力学性能的理论预测模型. 首先, 简要介绍了薄膜的力学性能参数及其测试方法; 随后, 结合最新实例分别阐述了聚合物∶小分子和全聚合物两类OPVs共混薄膜力学性能的调控方法和理论模型; 最后, 对有机光电薄膜未来的研究趋势进行了展望.



电活性紫罗烯有机光伏界面材料的研究进展

宋亚男, 游祖豪, 王旭, 刘瑶

2023, 44(9):  20230167.  doi:10.7503/cjcu20230167

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有机太阳能电池因具有质轻、 柔性及可印刷制备等优点而受到广泛关注. 调控和优化金属电极与有机半导体活性层之间的软/硬材料界面是有机太阳能电池界面工程的前沿课题, 其核心是新型界面材料的设计合成与器件集成. 紫罗烯聚合物是一类新兴的非共轭聚合物电解质界面材料, 其离子部分位于聚合物主链. 相对于传统共轭聚合物电解质, 紫罗烯聚合物合成方法简单, 条件温和而且绿色, 具有更高的离子浓度和更强的界面诱导极化能力, 适用于有机太阳能电池的界面修饰. 电活性紫罗烯的最新研究进展激发了科研人员探索这种新型聚合物在有机电子器件中应用的兴趣. 本综合评述介绍了电活性紫罗烯聚合物的分子设计与合成, 讨论了紫罗烯聚合物修饰金属电极的机理和作用, 以及其电荷传输性能和界面能级调控能力.



非富勒烯电子受体多尺度分子聚集体

李伟, 陈宸, 刘丹, 王涛

2023, 44(9):  20230160.  doi:10.7503/cjcu20230160

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有机太阳能电池的光活性层由p型电子供体和n型电子受体构成. 这些有机半导体分子的共轭结构和杂元素使其分子间存在强非共价键作用， 易于自组装形成分子聚集体， 展现出与单个分子截然不同的光电性能， 更决定了太阳能电池光吸收、 激子解离和电荷传输等光电转换过程. 本文介绍了n型非富勒烯电子受体材料在分子及微纳尺度下的多级聚集体形态， 包括强结晶性非富勒烯受体的堆叠、 成核、 结晶机制与抑制手段， 以及弱有序非富勒烯受体无规聚集及有序性提升策略. 最后， 重点讨论了非富勒烯电子受体纤维化的研究进展及关键技术， 并对未来高性能非富勒烯电子受体的结构设计和聚集调控进行了总结和展望.



挥发固体添加剂调控有机太阳能电池性能的研究进展

宋欣, 高申正, 许善磊, 徐浩, 周鑫杰, 朱梦冰, 郝儒林, 朱卫国

2023, 44(9):  20230151.  doi:10.7503/cjcu20230151

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本体异质结(BHJ)有机太阳能电池(OSC)因具有可溶液制备、 绿色无毒及可柔性化等特点而被视为具有广阔应用前景的太阳能电池技术之一. 活性层内部的纳米形貌是决定器件性能和工作稳定性的关键因素之一. 基于此, 研究者先后开发了热退火、 溶剂退火和溶剂添加剂等形貌优化方法. 然而, 上述处理方式不能与大面积印刷工艺兼容, 而且不利于器件内部形貌和性能的稳定性, 因此寻找简单高效的形貌调控手段是OSC研究的热点. 近年来, 挥发固体添加剂因其独特的分子特性, 能够与给受体分子间形成较强的相互作用力, 被认为是提升OSC能量转换效率(PCE)和稳定性的发展方向. 本文系统总结了非卤素及卤素型挥发固体添加剂调控OSC形貌和光伏性能的研究现状, 深入讨论了挥发固体添加剂优化活性层形貌的不同机理, 包括分子间吸附能、 给体与受体的相互作用、 晶体成核和生长等; 分析了挥发固体添加剂策略所面临的挑战和未来的发展趋势.



金属配合物在有机太阳电池中的应用进展

王嘉睿, 于润楠, 谭占鳌

2023, 44(9):  20230150.  doi:10.7503/cjcu20230150

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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.



分子堆叠和器件性能: 基于苯并二噻吩及其衍生物的高效小分子给体研究进展

杨可, 肖泽云, 陆仕荣, 孙宽

2023, 44(9):  20230123.  doi:10.7503/cjcu20230123

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有机全小分子太阳能电池由于具备结构精确和批次差异小的特点, 有广阔的应用前景, 近年来该领域的发展备受关注. 本文回顾了基于苯并二噻吩(BDT)及其衍生物的小分子给体的发展. 基于分子结构、 堆叠特性和器件性能之间的关系, 分析了小分子BDT系列的成功案例, 旨在阐明分子结构、 分子聚集和器件性能之间的联系, 为未来高效分子的设计提供参考.



研究论文

基于双噻吩酰亚胺聚合物给体的侧链调控与光伏性能研究

白原青, 张佳滨, 刘春晨, 胡志诚, 张凯, 黄飞

2023, 44(9):  20230271.  doi:10.7503/cjcu20230271

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采用苯并二噻吩(BDT)作为给电子单元, 分别与具有2-乙基己基和甲基侧链的双噻吩酰亚胺(BTI)缺电子单元共聚构筑了两个聚合物给体材料(pBDT-BTI-EH和pBDT-BTI-ME). 与pBDT-BTI-EH∶Y6相比, 基于 pBDT-BTI-ME∶Y6的器件具有更高的电荷迁移率、 更低的载流子复合、 更高的激子解离以及更优的薄膜形貌, 从而获得了更高的短路电流密度(J_SC)和填充因子(FF), 电池的能量转换效率由9.31%提高到15.69%.



苯并三氮唑稠环基p-型聚合物: 通过骨架噻吩和硒吩策略精细调控吸收与带隙

田梅, 张志洋, 詹传郎

2023, 44(9):  20230190.  doi:10.7503/cjcu20230190

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基于苯并三氮唑DA'D稠环单元， 设计合成了4个结构新颖的p-型聚合物（BDT-TT, BDT-Se, BDD-TT和BDD-Se）, 通过骨架噻吩和硒吩策略实现了对聚合物吸收及带隙的精细调控. 首先, 将二噻吩并噻吩并吡咯稠合苯并三氮唑应用于设计聚合物, 与BDT-2F单元共聚合成了BDT-TT. 然后, 用硒吩取代二噻吩并噻吩并吡咯稠合苯并三氮唑中的两个噻吩并噻吩单元, 合成了二硒吩并吡咯稠合苯并三氮唑, 并与BDT-2F单元共聚合成了BDT-Se. 骨架硒吩取代策略的应用使聚合物的带隙从BDT-TT的2.0 eV降低到1.89 eV. 而后, 用BDD单元取代BDT-2F, 并与二噻吩并噻吩并吡咯稠合苯并三氮唑共聚, 合成了BDD-TT. 骨架噻吩取代策略的应用使聚合物的吸收半峰宽由BDT-TT的138 nm扩展到BDD-TT的229 nm, 带隙降低为1.71 eV. 最后, 将BDD与二硒吩并吡咯稠合苯并三氮唑共聚合成了BDD-Se, 通过硒吩和噻吩策略协同作用, 实现了吸收峰的展宽和带隙红移. 以PC₇₁BM为电子受体材料, 由该系列聚合物构建的有机太阳电池器件获得了1%~2%的光电转换效率.



β-丙氨酸作为有机太阳能电池双重修饰添加剂的研究

ZAFAR Saud uz, 张伟超, 杨朔, 李世麟, 张莹玉, 张渊, 张弘, 周惠琼

2023, 44(9):  20230185.  doi:10.7503/cjcu20230185

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β-丙氨酸分子的两侧分别为1个羟基(—OH)/羧基(—COOH)和1个胺基(—NH₂), 这使其成为一种理想的双修饰剂. 本文将双修饰技术应用于空穴传输层[HTL, 聚(3,4-乙烯二氧噻唑)∶聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)]以及电子传输层(ETL), 并通过简单的溶液处理技术将聚(9,9-双(3'-(N,N-二甲基)-N-乙基氨丙基-2,7-芴)-2,7-(9,9-二辛基芴))二溴化物（PFN-Br）加入同一装置中, 从而合成了新界面层. 将甲醇和水作为极性溶剂, 使β-丙氨酸成为可溶解的化合物. 通过这种双重修饰方法, PM6∶Y6太阳能电池的光电转换效率(PCE)从14.99%提高到15.78%. 接触角测量和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征结果表明, 两层界面都得到了增强的疏水性, 从而避免了水分和氧气与它们各自的电极发生作用. 利用原子力显微镜对表面形貌进行了分析. 结果表明, β-丙氨酸的胺基与PSS的—SO{}_{\mathrm{3}}^{-}基团以及PFN-Br的金属离子相互作用, 从而降低了它们的浓度, 提高了疏水性, 改善了OSC的稳定性. 空间电荷限制电流(SCLC)测量发现, 双修饰方法可以改善修饰后器件的载流子迁移率.



基于芳环取代酰亚胺端基的非富勒烯受体材料的合成与光伏性能

施世领, 蒋寒曦, 涂雪杨, 鲜开虎, 韩德霞, 李艳如, 姚翔, 叶龙, 费竹平

2023, 44(9):  20230182.  doi:10.7503/cjcu20230182

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端基结构对于有机太阳能电池(OSCs)中非富勒烯受体(NFAs)的光电性能具有重要影响. 本文设计合成了3种新型芳环取代的酰亚胺结构的端基(IIC-Ph, IIC-PhBr和IIC-Ph2F), 并将其用于制备受体-给体(受体)给体-受体(A-DA′D-A)型NFAs(BTP-IIC-Ph, BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F). 紫外-可见-近红外吸收光谱对比和理论模拟结果表明, 相比于IIC-Ph端基, IIC-PhBr和IIC-Ph2F端基具有更强的吸电子能力, 增强了NFAs的分子内电荷转移效应(ICT), 促使了吸收红移. 端基苯环上强吸电子的溴原子和氟原子的引入, 降低了A-DA′D-A型受体的前线轨道能级. 基于BTP-IIC-Ph, BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F的二元电池分别获得了13.54%, 11.84%和11.58%的能量转换效率(PCEs). 相比于BTP-IIC-PhBr和BTP-IIC-Ph2F, 基于BTP-IIC-Ph的电池表现出更好的光伏性能, 这主要归因于其较高的最低未占有轨道能级(LUMO)所导致的较高开路电压(V_OC), 以及更好的激子解离能力和更弱的陷阱辅助载流子复合.



小分子给体桥联单元烷基链取代位置对光伏器件性能的影响

郭子琦, 焦灿灿, 吴思敏, 孟令贤, 孙延娜, 柯鑫, 万相见, 陈永胜

2023, 44(9):  20230180.  doi:10.7503/cjcu20230180

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设计合成了2个同分异构体小分子给体C2-C-F和C2-M-F, 二者仅中间桥联三噻吩单元上烷基链的取代位置不同. 研究结果表明, 烷基链取代位置对其吸光性能和能级影响较小, 但对与受体BTP-4F-12共混后的活性层形貌具有较大影响. 其中, 小分子给体C2-C-F与受体BTP-4F-12共混的薄膜获得了较好的形貌, 光伏器件效率达到12.84%. 研究结果表明, 可以通过烷基取代的位置来精细调控活性层的形貌, 为高效小分子给体的设计提供了有益的参考.



用平衡相容性和相分离的新策略提高有机太阳电池效率

张立福, 王新康, 陈义旺

2023, 44(9):  20230177.  doi:10.7503/cjcu20230177

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选择了两种具有不同末端基的非富勒烯受体分子3,9-双-[2-甲烯基-(3-1,1-甲烯丙二腈茚酮)-5,5,11,11-四-(4-己基苯基)]-噻吩[3,2-b]并噻吩引达省二噻吩(ITIC)和3,9-双-[2-甲烯基-(3-1,1-甲烯丙二腈-6,7-一氟茚酮)-5,5,11,11-四-(4-己基苯基)]-噻吩[3,2-b]并噻吩引达省二噻吩(IT-2F)作为第三组分， 通过一步沉积(O-SD)和分步顺序沉积(T-SD)两种活性层构筑工艺, 分别制备了常规的本体异质结(BHJ)和优化的准平面异质结(PPHJ)三元器件. 研究发现, 本体异质结薄膜中第三组分相容性的差异可以用来调控薄膜相分离形貌; 其中, 基于IT-2F的三元薄膜活性层相分离明显增大, 器件效率由二元器件的12.02%下降至9.25%; 而ITIC的三元薄膜相分离形貌无明显改变, 器件效率略有提升. 值得注意的是, 通过T-SD方法均可以获得垂直梯度分布的异质结活性层薄膜, 避免了相容性差异对薄膜形貌的影响, 相应的准平面异质结器件获得了超过了13%的光电效率. 本文工作表明, 利用相容性差异以及顺序沉积工艺来调控活性层的相分离形貌是制备高性能有机太阳电池有效策略.



基于宽带隙小分子给体第三组分的三元有机光伏器件

马伊帆, 张雅敏, 甘胜民, 张昱琛, 费贤, 王汀, 张则琪, 巩雪柱, 张浩力

2023, 44(9):  20230170.  doi:10.7503/cjcu20230170

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三元策略是提升器件光电转换效率的重要途径. 本文设计合成了基于苯并噻二唑并二噻吩桥联基团的宽带隙小分子给体DRDTBT, 并将其作为有机太阳能电池中的第三组分. 通过引入具有缺电子性质的苯并噻二唑并二噻吩单元, 使DRDTBT获得了较低的最高占有轨道能级以及高的结晶性, 将其作为第三组分引入基于PM6∶BTP-eC9的器件中时有效提升了器件的开路电压, 活性层形貌也得到了更好的调节. 得益于提升的开路电压和填充因子, 三元器件取得了优于二元器件的光电转换效率, 其开路电压为0.86 V, 短路电流密度为26.99 mA/cm², 填充因子为76.34%, 最终取得了17.72%的高光电转换效率, 证明将高结晶性缺电子单元引入小分子给体第三组分中是提升三元有机太阳能电池效率的有效途径.



具有热退火提升器件V_OC特性的Z构型A⁃DA'D⁃A结构受体

张丽婷, 仇丁丁, 张建齐, 吕琨, 魏志祥

2023, 44(9):  20230164.  doi:10.7503/cjcu20230164

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开发具有高开路电压(V_OC)和有利于减少非辐射重组损失的有机太阳能电池新活性层材料至关重要. 本文基于经典吸电子单元(A)-给电子单元 (D) 结合的A-DA'D-A型受体Y6, 开发了一种具有高最低未占分子轨道(LUMO)能级的“Z”构型萘并[1,2-c∶5,6-c']双[1,2,5]噻二唑(NT)核A-DA'D-A受体(ZNT), 此分子构型呈现“Z”构型, 并通过提高退火温度实现了D18作为给体的器件非辐射复合损失的降低和V_OC的提升. 为了研究此现象与热退火降低V_OC的普遍现象的不同, 制备了D18∶Y6体系作为参考. 通过提高热退火的温度, D18∶Y6体系的乌尔巴赫能量(E_U)升高, 非辐射复合损失增大, 因此V_OC持续降低; 与此相反, D18∶ZNT体系的E_U随热退火温度升高而降低, 非辐射复合损失也有效降低, 因此实现了V_OC的提高. V_OC从未退火条件下的0.950 V提高到80 ℃退火时的0.963 V, 100 ℃退火时的0.993 V, 直至110 ℃退火时的0.995 V. 退火温度上升时电子迁移率增加, 纯ZNT的晶体相干长度增大, 证实了能量无序的减少来源于受体ZNT有序性的增加. 此外, ZNT受体的 (LUMO)、 最高占有分子轨道(HOMO)能级和带隙都比Y6的高, 结构的平面性更高, 器件的激子分离效率较低, 使得基于ZNT受体的器件效率低于以Y6为受体的器件. 本文报道的“Z”构型A-DA'D-A受体的中热退火使V_OC升高的独特现象可为未来高V_OC有机太阳能电池的发展提供一个材料设计方向.



侧链的简单调制使近红外吸收的非富勒烯受体实现更高的短路电流密度

王家成, 蔡贵龙, 张亚静, 王嘉宇, 路新慧, 占肖卫, 陈兴国

2023, 44(9):  20230163.  doi:10.7503/cjcu20230163

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为了探究相同共轭骨架中不同位点引入不同侧链对相应小分子非富勒烯受体光电性能的影响, 本文通过在中心核茚并二噻吩并[3,2-b]噻吩(IDT)单元和端基(1,1-二氰基亚甲基)绕丹宁单元上同时引入正辛基柔性侧链并以噻吩稠合苯并噻二唑(BTT)单元为“π-桥”而构建了一个新的A-π-D-π-A型非富勒烯受体(JC11). 与以往研究得到的两个A-π-D-π-A型非富勒烯受体(A2和JC1)相比, 在中心核和端基同时引入适宜长度的正辛基侧链不仅赋予JC11更有利的分子间堆叠, 而且使JC11比在中心核引入刚性更强和空间位阻更大的己基取代苯基侧链的A1表现出了更大的吸收红移和更好的结晶度; 同时也比在端基仅引入短链乙基侧链的JC1表现出了更好的溶解性能, 避免了其与PTB7-Th给体共混时出现过度聚集而导致相分离尺度过大. 此外, JC11在 给体/受体共混膜中展现了比A2和JC1更高的摩尔消光系数(高达1.14×10⁵ L∙mol^-1∙cm^-1)和更高的电子迁移率(μ_e=1.01×10^-3 cm∙V^-1∙s^-1)以及更平衡的电子/空穴迁移率(μ_e/μ_h=2.72). 因此, 基于PTB7-Th∶JC11的太阳能电池器件经优化后实现了10.09%的光电转换效率(PCE)和高达24.20 mA/cm²的短路电流密度(J_SC), 超过PTB7-Th∶A2和PTB7-Th∶JC1优化器件8.20%和8.16%的PCE以及低于20 mA/cm²的J_SC值. 研究结果表明, 调节共轭主链侧链是一种简单且有效的调控非富勒烯小分子受体材料的吸收性能和结晶性能的分子设计策略, 可大幅提高异质结有机太阳能电池的J_SC和PCE.



添加剂和溶剂退火协同优化制备高性能厚膜有机太阳能电池

杨航, 凡晨岭, 崔乃哲, 李肖肖, 张雯婧, 崔超华

2023, 44(9):  20230162.  doi:10.7503/cjcu20230162

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通过溶剂添加剂1-氯萘(CN)和二硫化碳(CS₂)溶剂退火(SVA)协同优化了基于窄带隙小分子受体的厚膜活性层形貌, 揭示了该策略对共混膜形貌的调控机理, 研究了其对活性层中的载流子动力学以及器件光伏性能的影响. 结果表明, CN添加剂可以有效促进受体材料结晶聚集, CS₂溶剂退火能够进一步提升活性层材料分子堆积的有序性, 同时优化给受体材料相分离尺寸, 降低共混膜表面的粗糙度, 实现了良好的纳米尺寸相分离形貌. 基于CN+SVA处理的PM6∶Y6厚膜(300 nm)器件的电荷传输和复合性质得到改善, 取得了15.23%的光电转换效率(PCE), 显著高于未经处理(PCE=11.75%)和仅用CN处理(PCE=13.48%)的光伏器件. 该策略具有良好的适用性, 将基于PTQ10∶m-BTP-PhC6器件的光伏性能从13.22%提升至16.92%.



基于受体₁-受体₂型聚合物给体的高效有机太阳能电池

李浩, 杨晨熠, 李佳尧, 张少青, 侯剑辉

2023, 44(9):  20230157.  doi:10.7503/cjcu20230157

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设计合成了2种宽带隙聚合物给体, 分别命名为PDTz-BDD和PDTz-BDT. 其中, PDTz-BDT是一种典型的给-受体(D-A)型共轭聚合物, PDTz-BDD是具有受体₁-受体₂(A₁-A₂)型结构的共轭聚合物. 采用BTP-eC9作为受体, 分别与PDTz-BDD和PDTz-BDT共混构建有机太阳能电池, 系统研究了两种给体的光伏性能. 研究结果表明, 具有A₁-A₂型结构的PDTz-BDD表现出更强的光吸收能力、 更明显的溶液聚集效应与更优良的器件形貌, 相应的光伏电池可以实现更高的光电转换效率(10.36%). 本文不仅设计合成了2种新型给体, 而且为构建A₁-A₂型共聚物以开发高效聚合物给体提供了参考.



协同富勒烯和非富勒烯受体提高卟啉全小分子三元有机太阳能电池的性能

吴济发, 吴汉平, 袁琳, 彭小彬

2023, 44(9):  20230136.  doi:10.7503/cjcu20230136

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将非富勒烯受体2,2′-{(2Z,2′Z)-[4,4,9,9-四(对己基苯)-4,9-二氢-S-引达省并二噻吩-2,7-二基]双(甲基亚基)}-双-(3-氧代-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二亚甲基)二丙二腈(IDIC)作为第三组分引入小分子给体卟啉二聚体ZnP2-DPP和富勒烯(6,6)-苯基-C61-丁酸甲酯（PC₆₁BM）受体体系, 构建了光电转换效率达12.18%的全小分子有机太阳能电池, 高于ZnP2-DPP∶PC₆₁BM的9.47%和ZnP2-DPP∶IDIC的8.82%的光电转换效率. IDIC的引入扩大了光谱的吸收范围, 并且促进了给受体之间的电荷转移, 使得三元共混物中可以产生更高的光电流. 另外， IDIC的加入优化了共混膜的形貌, 分子取向也得到了明显的调整, 形成了face-on和edge-on的混合取向, 从而使活性层中形成了更有利的三维电荷传输通道, 促进了短路电流密度和填充因子的提高. 这种策略发挥了富勒烯和非富勒烯受体的优势, 从而提高了有机太阳能电池的4个参数.



苝酰亚胺受体的聚集形态对有机太阳电池中激子过程与电子传输的影响

张煜, 陈介焕, 周家东, 刘琳琳, 解增旗

2023, 44(9):  20230092.  doi:10.7503/cjcu20230092

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末端烷基链分叉位置对苝酰亚胺(PBI)线性二联体的堆积模式具有显著影响, 进而影响激子过程与载流子传输. 二联体两端烷基链分叉位点紧靠苝酰亚胺能够抑制分子长程有序堆积, 形成具有较少能量陷阱的无定形聚集态; 而两端烷基链分叉位点远离苝酰亚胺则导致多种聚集结构共存, 分子间强π-π相互作用位点成为能量陷阱. 结果表明, PBI受体的聚集方式对有机太阳电池的性能产生重要影响, 需要尽量减少活性层中的多种聚集结构共存以免引起激子解离受限以及载流子传输迟滞.