富勒烯衍生物苯基C71-丁酸甲酯的结构和电学性质第一性原理研究

使用B3LYP/6-31G（d）方法对有机太阳电池中作为电子受体材料的富勒烯衍生物苯基C₇₁-丁酸甲酯（［70］PCBM）的同分异构体进行了计算.PCBM与C₇₀通过六元环和六元环共用的CC双键加成得到的产物是热力学控制产物;通过五元环和六元环共用的C—C键加成得到的产物则是动力学控制产物.［70］PCBM与C₇₀的第一绝热电子亲和势很接近.PCBM对前线轨道贡献很小,［70］PCBM的最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道（LUMO）的电子云主要分布在C₇₀笼上.PCBM提升了C₇₀的LUMO能级水平,有利于提高太阳电池的光电转换效率.自然布居分析表明,PCBM与C₇₀之间没有发生显著的电荷转移.所有的性质研究表明,PCBM基团并不涉及电池光电转换过程,但在调整C₇₀能级水平提高光电转换效率中发挥了重要作用. 关键词： 71-丁酸甲酯')" href="#">苯基C₇₁-丁酸甲酯 电子受体 结合能 第一绝热电子亲和势     

太阳电池光电灵敏度测量仪的设计及应用

论述了太阳电池光电灵敏度测量仪的设计方案,并用自行搭建的太阳电池光电灵敏度测量仪测出了不同比例聚噻吩P3HT(poly(3-hexylthiophene))与C60的衍生物PCBM([6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester)共混体系太阳电池的光电灵敏度,分析了其光电灵敏度变化的原因.     

经式8-羟基喹啉铝的光谱与激发性质密度泛函

经式8-羟基喹啉铝(mer-Alq3)是一种光电性能优良的小分子有机半导体发光材料.本文采用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G*方法和基组对其进行结构优化,计算并研究了该分子的红外光谱、拉曼光谱和前线轨道.计算得到的红外光谱、拉曼光谱均与实验相符.前线轨道表明基态最高占据轨道(HOMO)的电子云主要集中在苯酚环,最低未占据轨道(LUMO)的电子云主要集中在吡啶环.用含时密度泛函理论(TDDFT)计算得到紫外-可见吸收光谱,采用空穴-电子分析法研究了电子激发特征.结果表明:电子从基态到激发态的跃迁,主要是8-羟基喹啉环内或环间的电荷转移,以π-π*跃迁为主,包括局域激发和电荷转移激发两种类型.本工作对mer-Alq3分子发光机理提出更深入的认识,能为进一步提高该分子发光效率和调控分子的发光范围提供一定的理论指导.     

聚合物和小分子叠层结构有机太阳电池研究

旋涂法和真空蒸发结合制备了MEH-PPV:PCBM体异质结和CuPc/C60有机小分子叠层有机太阳电池. 测试结果表明:MEH-PPV:PCBM有源层和Ag中间层分别为50 nm和0.5 nm时,与同等厚度有源层的MEH-PPV:PCBM体异质结器件和CuPc/C60小分子器件相比,叠层器件太阳能转换效率大大提高,达到了1.86%. 关键词： 聚(2-甲氧基,5-(2-乙基-乙氧基)-对苯乙炔) 铜酞菁 叠层结构 太阳电池     

掺杂CuPc的MEH-PPV/PCBM有机太阳电池研究

采用旋涂法制备了掺杂铜酞菁(CuPc)的聚(2-甲氧基,5-(2-乙基-乙氧基)-对苯乙炔)(MEH-PPV)/ 富勒烯衍生物(PCBM)有机太阳电池. 测试结果表明:掺杂15% CuPc的MEH-PPV/PCBM太阳电池效率(1.41%)比标准的MEH-PPV/PCBM太阳电池(1.26%)提高12%. 器件的吸收谱和迁移率测试表明CuPc导致的吸收谱增强和迁移率提高是器件效率提高的主要原因. 关键词： 有机太阳电池 CuPc掺杂 MEH-PPV/PCBM器件     

并苯纳米环[6]CA及其衍生物的电子结构和光物理性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论PBE0方法在6-31G(d, p) 基组水平上对比研究并六苯纳米环[6]CA及BN取代纳米环[6]CA-BN的几何结构及电子性质. 同时探讨锂离子掺杂对不同体系的芳香性、前线分子轨道、电子吸收光谱及传输性质的影响. 通过电离势、亲合势及重组能的计算, 预测纳米环体系得失电子的能力及传输性能. 结果表明:[6]CA的能隙很小, BN取代后, 能隙明显增大; 锂离子掺杂到两种纳米环中, 在不明显改变前线分子轨道分布的前提下, 几乎同步降低了最高占据轨道、 最低未占据轨道能级, 锂离子掺杂使载流子传输性能得到很大改善; 电子吸收光谱拟合发现, BN取代使吸收光谱很大程度蓝移, 吸收强度明显减小; 而锂离子掺杂对光谱的强度及吸收范围没有明显影响. 关键词： 碳纳米环 硼氮纳米环 锂离子掺杂 密度泛函理论     

Density Functional Theory Study of Mechanism of Cycloaddition Reaction Between Dimethyl-Silylene Carbene and Acetone

用密度泛函理论研究了单重态二甲基亚硅基卡宾与丙酮环加成反应的反应机理,势能面结果表明该反应有两条相互竞争的主反应通道. 反应规律为：二甲基亚硅基卡宾中的π轨道与π键化合物中π轨道的[2+2]环加成作用造成了扭曲四员环中间体和平面四员环产物的形成;平面四员环产物中卡宾C原子的不饱和性,导致了甲基迁移产物和硅杂双环化合物的生成.     

菲并咪唑衍生物蓝光材料的合成、光物理性质及理论计算

合成了两个蓝光材料2-苯基-1H-[9,10-d]菲并咪唑(Phen-PI)和2-吡啶-1H-[9,10-d]菲并咪唑(PyriPI),光物理分析表明Phen-PI和Pyri-PI的最大发射峰分别位于371.5 nm,388.5 nm和403.5 nm,相对量子效率分别为0.383和0.528,激发态衰减寿命分别为3.87 ns和3.68 ns。通过密度泛函理论(DFT)对化合物的前线分子轨道成分和能级分布分析表明,当把Phen-PI中的苯基被吡啶环取代后,Pyri-PI的HOMO能级和LUMO能级分别下降0.09 e V和0.23 e V,同时Pyri-PI的HOMO轨道和LUMO轨道的能级差比Phen-PI减少0.14 e V,在理论层面上解释了Pyri-PI发射光谱的红移。     

太阳电池中光电转换的有效能

本文提出了光量子在光电转换中的能昔效率的表示方法,给出了太阳电池光电转换的理论效率极限,以及太阳电池的理论最佳带隙和最佳截止波长,最后,讨论了光电转换的驱动力,分析了光电跃迁的有效能的不可逆损失和熵增,给出了太阳电池中激发电子的有效能的表达式.     

磁场对P3HT:PCBM活性层的薄膜形貌及光电性能的影响北大核心CSCD

以P3HT(Poly(3-Hexylthiophene))为电子给体,PCBM([6,6]-Phenyl C61Butyric Acid Methyl Ester)为电子受体,在活性层P3HT:PCBM的退火过程中,利用磁场对活性层有机分子的排列取向作用,制备了有机体异质结太阳能电池。研究结果表明:当磁场强度为0.9MA/m时,器件的短路电流密度从7.414A/cm2提高到8.332A/cm2,填充因子也相应地增加,但开路电压却有所降低,最高的光电转换效率为2.562%。由光致发光光谱和原子力显微图像可知,磁场对活性层的结晶度、内部分子排列和表面形貌都有明显的影响。     

Field-effect transistor structures on the basis of poly(3-hexylthiophene), fullerene derivatives [60]PCBM, [70]PCBM,and nickel nanoparticles

Organic field-effect transistor (OFET) structures with the active layers on the basis of composite films of semiconductor polymer poly(3-hexylthiophene) (P3HT), fullerene derivatives [60]PCBM, [70]PCBM, and nickel (Ni) nanoparticles are obtained, and their optical, electrical, and photoelectrical properties are studied. It is shown that introducing Ni nanoparticles into P3HT: [60]PCBM and P3HT: [70]PCBM films leads to an increase in the absorption and to quenching of photoluminescence of the composite in the 400–600 nm spectral band due to the plasmon effect. In P3HT: [60]PCBM: Ni and P3HT: [70]PCBM: Ni OFET structures at the P3HT: [60]PCBM and P3HT: [70]PCBM concentrations of ~1: 1 and Ni concentrations of ~3–5 wt %, current–voltage (I–V) characteristics typical of ambipolar OFETs with the dominant hole conduction are observed. The charge-carrier (hole) mobilities calculated from the I–V characteristic at V_G =–10 V were found to be ~0.46 cm²/(V s) for P3HT: [60]PCBM: Ni and ~4.7 cm²/(V s) for P3HT: [70]PCBM: Ni, which means that the mobility increases if [60]PCBM in the composition is replaced with [70]PCBM. The effect of light on the I–V characteristics of P3HT: [60]PCBM: Ni and P3HT: [70]PCBM: Ni OFETs is studied.     

二甲基亚砜添加剂对聚合物太阳能电池性能的影响

研究了二甲基亚砜(DMSO)掺杂浓度对基于聚(3-己基噻吩)(P3HT)和(6,6)-苯基碳60丁酸甲酯(PCBM)为有源层的聚合物太阳能电池性能影响。结果表明,掺杂DMSO可以提高聚合物太阳能电池短路电流密度和填充因子。DMSO掺杂质量比为3%时,电池短路电流密度提高到7.88 mA·cm-2,填充因子为55.5%。能量转换效率达到2.54％,相比没有掺杂DMSO的电池,能量转换效率提高了17%。傅里叶变换红外光谱被用于鉴定和分析掺杂DMSO对材料P3HT∶PCBM化学性质的影响。傅里叶变换红外光谱表明,掺杂后P3HT和PCBM的化学性质都没有改变。为分析掺杂DMSO改善器件能量转换效率的原因,通过紫外-可见光谱和电流密度-电压特性曲线分别表征器件的光吸收能力以及电致发光器件的载流子迁移率。与P3HT∶PCBM薄膜相比,P3HT∶PCBM∶DMSO薄膜在可见光范围内的吸收峰有明显红移且吸收强度增强。可见光吸收的改善是实现短路电流密度提高的有力保障。太阳能电池性能的增强是因为DMSO的掺杂提高了P3HT∶PCBM的载流子迁移率和吸收光谱宽度。     

Hybrid polymer/inorganic nanoparticle blended ternary solar cells

Hybrid polymer/inorganic nanoparticle blended ternary solar cells are reported. These solar cells have an active layer consisting of PbS colloidal quantum dots (CQDs), poly (3‐hexylthiophene) (P3HT), and [6,6]‐phenyl‐C61‐butyric acid methyl ester (PCBM). Power conversion efficiency (PCE) was improved by incorporating PbS CQDs in the active layer of P3HT:PCBM‐based organic solar cells. As the concentration of PbS CQDs in the hybrid solar cells was increased, PCE was also increased. This improvement resulted from improved charge transfer and also extended light absorption into the near‐infrared. The PCE of the hybrid solar cells was 47% higher than that for reference organic solar cells on average under air mass 1.5 global illumination. (© 2013 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Study of a ternary blend system for bulk heterojunction thin film solar cells

In this research, we report a bulk heterojunction(BHJ) solar cell consisting of a ternary blend system. Poly(3-hexylthiophene) P3 HT is used as a donor and [6,6]-phenyl C61-butyric acid methylester(PCBM) plays the role of acceptor whereas vanadyl 2,9,16,23-tetraphenoxy-29 H, 31H-phthalocyanine(VOPc Ph O) is selected as an ambipolar transport material. The materials are selected and assembled in such a fashion that the generated charge carriers could efficiently be transported rightwards within the blend. The organic BHJ solar cells consist of ITO/PEDOT:PSS/ternary BHJ blend/Al structure. The power conversion efficiencies of the ITO/ PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al and ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:VOPcPhO/Al solar cells are found to be 2.3% and 3.4%, respectively.     

Preheated solvent exposure on P3HT:PCBM thin film: A facile strategy to enhance performance in bulk heterojunction photovoltaic cells

In this study, we explored the ability of a preheated solvent (methanol) to induce characteristic changes at the organic active layer/metal interface, thereby improving the performance of fabricated organic photovoltaic (OPV) cells composed of poly(3-hexylthiopene) (P3HT) and a [6,6]-phenyl-C₇₁-butyric acid methyl ester (PCBM) photoactive blend. Our results demonstrate that exposure to methanol (at room temperature, or preheated at 45 °C or 65 °C) improves the performance of the fabricated OPV cells. After preheated methanol exposure, the P3HT:PCBM thin films were tested for crystallinity, morphology, mobility, and photovoltaic characteristics. Our results revealed that use of the preheated solvent on the organic active layer significantly influences the micro/nano scale morphology and phase segregation of the P3HT:PCBM thin films, as well as the charge carrier mobility. It is hypothesized that the side chain ordering of P3HT and redistribution of PCBM could be results of the modified active layer. Consequently, OPV cells modified with the methanol preheated at 65 °C exhibited a power conversion efficiency (PCE) of 3.36%, with open-circuit voltage of 0.59 V, short-circuit current density of 13.83 mA/cm², and fill-factor of 0.41. In contrast, the unmodified P3HT:PCBM thin film (without methanol exposure) showed a PCE of only 2.13%.     

四硫富瓦烯类染料敏化剂分子内电子转移特性

染料敏化剂是染料敏化太阳能电池中关键的光电转换材料,其受光激发后,电子由低能级基态跃迁到高能级激发态从而产生有效的电势差。设计和筛选优异性能的染料敏化剂有利于提升其光电转化效率。本文以相关实验研究为背景,设计了一系列具有不同桥位基团的四硫富瓦烯(TTF)类纯有机染料敏化剂,利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对其光电转化及分子内电子转移特性进行了系统研究,通过比较筛选出了高性能的四硫富瓦烯类染料敏化剂。研究结果表明,以环戊联噻吩及其衍生物作为桥位基团的四硫富瓦类染料敏化剂的整体性能更佳,主要表现在较好的电荷分离态、拓宽的光谱吸收范围、提升的光捕获效率以及增强的分子内电子转移(IET)性能等。     

三元P3HT:PTB7-Th:PCBM聚合物太阳能电池性能的研究

将窄带隙聚合物PTB7-Th作为第三种物质掺入到P3HT:PCBM中制备了双给体结构的三元聚合物太阳能电池, 并且通过改变PTB7-Th的浓度来研究PTB7-Th对器件性能的影响. 研究发现, 掺入PTB7-Th后, 聚合物太阳能电池的短路电流和填充因子同时获得了提高, 使器件的光电转换效率得到了改善. 进一步分析表明, PTB7-Th的加入能够拓宽活性层的吸收光谱, 增加活性层吸收的光子数目, 有利于短路电流的提升. PTB7-Th与P3HT之间以电荷转移的形式相互作用, 这种作用方式有利于激子的解离, 从而使器件的填充因子得到了提高.     

内嵌富勒烯[M@C_(70)](M=Li,Na,K,Be,Mg,Ca)与[Mg(H_2O)_6]~(2+)相互作用的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论方法,对内嵌多种碱金属及碱土金属原子(M=Li,Na,K,Be,Mg,Ca)的富勒烯C70与水合Mg(II)离子之间的相互作用进行了理论研究.首先对各原子(M=Li,Na,K,Be,Mg,Ca)嵌入C70后的形成能进行了讨论,之后计算了[M@C70]各体系与[Mg(H_2O)6]2~+的相互作用能,并采用自然键轨道理论(NBO)研究了电荷转移的情况,最后进行了电子密度拓扑分析.结果表明,内嵌原子半径越大,[M@C70]各体系的热力学稳定性就越高,转移至[Mg(H_2O)6]2~+的电荷也随之增加,二者之间的相互作用属于闭壳层相互作用及共价作用.     

内嵌富勒烯[M@C70] (M=Li, Na, K, Be, Mg, Ca)与[Mg(H2O)6]2+相互作用的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论方法, 对内嵌多种碱金属及碱土金属原子(M=Li, Na, K, Be, Mg, Ca)的富勒烯C70与水合Mg(II)离子之间的相互作用进行了理论研究. 首先对各原子(M=Li, Na, K, Be, Mg, Ca)嵌入C70后的形成能进行了讨论, 之后计算了[M@C70]各体系与[Mg(H2O)6]2+的相互作用能, 并采用自然键轨道理论(NBO)研究了电荷转移的情况, 最后进行了电子密度拓扑分析. 结果表明, 内嵌原子半径越大, [M@C70]各体系的热力学稳定性就越高, 转移至[Mg(H2O)6]2+的电荷也随之增加, 二者之间的相互作用属于闭壳层相互作用及共价作用.