基于NDI非稠环受体的设计合成及其光电性能研究

聚合物太阳电池具有质轻,价廉,全固态等优点,在柔性电子器件中具有广泛的应用潜质.设计合成两种基于萘并酰亚胺单元的非稠环受体材料,分别命名为SNDI-0F和SNDI-4F.相比于SNDI-0F,SNDI-4F具有更高的吸收系数,更高激子解离速率和更合适的共混膜形貌.以PM6作为聚合物给体制备聚合物太阳电池,基于PM6:SNDI-4F的共混膜展现出更高的能量转换效率为5.99%.研究结果表明,含萘并酰亚胺的非稠环受体在实现高性能的聚合物太阳电池具有巨大的潜质.

侧链修饰的新型非稠环电子受体的合成及性能研究

以(4-(2-乙基己基)噻吩-2-基)三甲基锡和二丁基(4-辛基噻吩-2-基)(戊基)锡为原料,通过Stille偶联反应,ilsmeier-Haack反应和Knoevenagel缩合反应合成2种新型非稠环电子受体LC8(直链)和BC8(支链),其结构经过 ^(1)H NMR, ^(13)C NMR和MS表征。通过UV-Vis, CV, J-V 和EQE研究LC8和BC8受体分子的光学性质和光电性能。结果表明:LC8和BC8在氯仿溶液中的吸收相近,在聚集体中,BC8的吸收呈现显著的红移,拓宽了分子的吸收,捕获了更多的光子;BC8受体分子的LUMO能级和HOMO能级提升;PM6 ∶ LC8和PM6 ∶ BC8器件的光电转换效率分别为7.01%和10.92%,在340~860 nm具有相对广泛的光响应,支链侧基的引入使器件性能发生明显提高。

利用苯并二噻吩基聚合物给体和三芳胺基非稠环电子受体构筑简单高效有机太阳能电池

使用简单的聚合物给体P(Cl)和简单非稠环受体2BTh-2F,构建了低成本的高性能有机太阳能电池.并选用固体添加剂二碘苯(DIB),对共混膜形貌进行精细调控.通过原子力显微镜、高分辨透射电镜以及原位紫外-可见光吸收光谱等手段,深入研究了活性层的成膜过程、共混膜相分离形貌等.最终,基于P(Cl):2BTh-2F的器件获得0.861 V的开路电压(open circuit voltage,V_(OC))、23.18 mA/cm的短路电流密度(short-circuit current density,J_(SC))、71.21%的填充因子(fill factor,FF)以及14.21%的功率转换效率(power conversion efficiency,PCE).

基于非稠环电子受体的有机太阳能电池材料与器件

近年来基于稠环电子受体的有机太阳能电池发展迅速,然而稠环受体分子结构的复杂性导致了较高的合成成本和较低的收率,限制了其商业化应用。非稠环小分子受体因其采用C-C单键连接,因具有分子结构简单、结构多样性、合成成本低等优点获得广泛关注。本文从材料设计角度入手,围绕非稠环电子受体的发展历程,简要讨论结构调控对材料基本性质、聚集态结构、分子堆积、活性层形貌及相应光伏性质的影响规律;重点介绍关于完全非稠环受体材料的结构-性质之间的关系。最后从材料设计、器件优化、器件光伏性能、器件稳定性方面对非稠环受体材料的发展做出展望。

烷氧基取代稠环非富勒烯受体的光电性质研究

新型非富勒烯受体尤其是稠环电子受体的设计促进了有机太阳能电池(OSC)能量转换效率(PCE)的快速提升.最近实验报道了烷氧基取代的ORCN和烷基取代的ERCN 2种稠环电子受体,其中ORCN与P3HT给体构成的器件效率是ERCN的2倍之多.针对这一现象,本文利用密度泛函理论和含时密度泛函理论对二者的光电性质进行了比较研究.计算结果表明,与ERCN相比,ORCN表现出更好的分子平面性和更高的最高占据轨道能级,从而促进了其吸收光谱和给体分子P3HT在可见光范围内更好的互补.此外,ORCN具有更大的分子内电荷转移程度和分子间电荷分离速率,以及更小的电荷重组速率.因此,P3HT/ORCN构成的OSC开路电压和短路电流密度均有所提升,进一步使其PCE更大.