Rylene diimide and dithienocyanovinylene copolymers for polymer solar cells

Two polymers containing(E)-2,3-bis(thiophen-2-yl)acrylonitrile(CNTVT) as a donor unit, perylene diimide(PDI) or naphthalene diimide(NDI) as an acceptor unit, are synthesized by the Stille coupling copolymerization, and used as the electron acceptors in the solution-processed organic solar cells(OSCs). Both polymers exhibit broad absorption in the region of 300–850 nm. The LUMO energy levels of the resulted polymers are ca. –3.93 eV and the HOMO energy levels are –5.97 and –5.83 eV. In the binary blend OSCs with PTB7-Th as a donor, PDI polymer yields the power conversion efficiency(PCE) of up to 1.74%, while NDI polymer yields PCE of up to 3.80%.     

以绕丹宁和噻唑烷-2,4-二酮为端基的不对称结构有机受体分子的设计合成与构性关系探讨

分别以绕丹宁和噻唑烷-2,4-二酮单元为端基、IDT为中心核设计合成了一个新型不对称结构的有机小分子受体IDT-2,并通过与两端均以绕丹宁或噻唑烷-2,4-二酮受体单元的对称小分子受体IDT-1和IDT-3进行对比,探讨了分子结构与性能之间的关系。研究发现,从IDT-1到IDT-3,随着两端的绕丹宁基团被噻唑烷-2,4-二酮基团逐步取代,这类小分子受体的吸收光谱显著蓝移,光学带隙E_g~(opt)逐步增大,LUMO和HOMO能级也逐渐抬升。随后我们分别以这三个小分子为受体、P3HT为给体共混构建活性层而制备了有机太阳能电池,结果表明,以两端均为绕丹宁单元的对称结构小分子受体IDT-1构建的电池器件具有最高的光电转换效率(PCE),相应的J_(sc)和FF值也最大,而V_(oc)则最低;而以两端均为噻唑烷-2,4-二酮基团的对称结构小分子受体IDT-3的电池器件,其V_(oc)最高,但其J_(sc)和FF则最低,PCE值也最小。对于IDT-2而言,由于分子只有一个绕丹宁单元被噻唑烷-2,4-二酮所取代,其V_(oc),J_(sc)和PCE均介于IDT-1与IDT-3之间。由此说明,尽管噻唑烷-2,4-二酮基团的引入能有效提升器件V_(oc),但却不利于改善其J_(sc)和FF,因此受体的分子设计中如何平衡电池器件的几种光伏性能参数而获得高的光电转换效率仍是十分重要的研究课题之一。     

可溶性聚对二乙炔苯的合成与表征

一些π-共轭高聚物由于具有优良的荧光性能或三阶非线性光学性能而引起了人们极大的兴趣,合成新型可溶性π-共轭高聚物的研究已成为近年来的研究热点.对二乙炔苯的聚合研究已有报道.     

第三组份端基对有机太阳能电池性能的影响（英文）

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。     

有机光伏研究进展

以有机半导体材料为活性层的有机太阳能电池, 可通过印刷制备大面积柔性器件, 具有成本低、多彩、半透明等特点, 是一种极具发展前景的光伏技术. 研究者们多年来致力于设计高性能光伏材料, 优化器件界面, 改善活性层微观形貌, 开发新型器件结构, 探究器件工作机理等, 目前实验室制备的小面积有机太阳能电池的能量转换效率已经超过18%. 另外, 面向有机光伏产业化, 在制备大面积柔性器件、降低器件成本、提高器件寿命以及探究光伏建筑一体化和室内光伏等潜在应用方面的研究也取得了重要进展, 在国际上处于领跑地位. 中国科学家在有机光伏领域做出了诸多开创性和引领性的工作. 本文首先对有机太阳能电池的背景进行简单介绍, 接着按照分子工程、器件工程、器件物理和应用探索四个方面综述有机光伏领域的重要研究进展, 最后对有机光伏所面临的机遇与挑战进行展望.     

非富勒烯有机光伏体系三线态损耗通道的分子氟化调控

<正>有机太阳能电池受益于非富勒烯受体的发展,能量转换效率已跃升至18%左右1,器件效率的进一步提升决定于光电荷产生、输运和收集过程中的量子效率。光激发载流子的动力学过程的研究,不仅能阐述基本工作原理,也为器件优化提供新思路。在有机给、受体共混体系中,光激发单线态激子拆分成的电子空穴,通过双分子复合有一定几率重新形成界面激子,其中界面电荷转移三线态(3CT)通过系统中能量较低的三线态复合,     

稠环电子受体光伏材料

基于非富勒烯受体的有机太阳能电池是化学和材料领域的热点前沿之一,中国领跑这个热点前沿.中国学者在非富勒烯受体材料方面取得了一系列重要的创新成果.我们提出了"稠环电子受体(FREA)"这一新概念,构建了高性能稠环电子受体新体系,发明了明星分子ITIC.我们的原创性工作引起了国内外同行的广泛关注和跟进.目前,基于稠环电子受体的有机太阳能电池效率已达到13%~14%,超过富勒烯体系.ITIC等稠环电子受体的出现颠覆了富勒烯受体在有机太阳能电池领域的统治地位,开创了有机太阳能电池的非富勒烯时代.本文简要评述了我们在高性能稠环电子受体设计与器件应用中的研究进展,并展望稠环电子受体的未来发展.     

微波协助下方便快捷的溴代芳烃均同偶联反应

芳香族的溴化物在钯催化剂和六丁基二锡存在下经过均同偶联反应能生成二联芳烃.该合成方法在微波协助下只需15min便可得到60%～84%的得率,具有方便、快捷、普适等特点.各种缺电子和富电子芳烃和杂环溴化物,如苯、噻吩、呋喃、吡啶、噻唑和嘧啶的溴化物均易偶联.此方法还适应于稠环芳烃如萘、喹啉、苯并噻吩和吲哚的溴化物,且与羟基、氨基、羧基、醛基、酰基、酯基、硝基、氰基等反应性基团相容.反应是通过溴代芳烃与六丁基二锡先原位生成芳烃有机锡,芳烃有机锡再与溴代芳烃发生Stille偶联反应进行的.     

骨架非稠合的非富勒烯受体

<正>相对于富勒烯类电子受体,新型非富勒烯受体具有吸光能力强,能级和结构可调等优点,对于提升有机太阳电池光电转换效率具有重要意义。近年,基于稠环结构的电子受体(FREAs)受到了国内外研究者们最多的关注~(1,2)。这一类分子具有良好的骨架平面性,高度离域的电子结构和强聚集倾向的末端基团有利于分子间的π–π堆积和电荷     

基于新型硅基化合物衍生物的有机电致发光器件

利用真空蒸镀方法, 以两种新型硅基化合物同族衍生物材料BMPSiE(1,2-bis(1-methyl-2,3,4,5-tetraphenyl-1H-Silole-1-yl)ethane)和BMPThSi(1,1’-dimethyl-3,3’,4,4’-tetraphenyl-2,2’,5,5’-tetra(thiophen-2-yl)-1,1’-bi(1 H-silole))为发光层, NPB(N,N’-diphenyl-N,N’-bis (3-methylphenyl)-1,1’-biphenyl-4,4’-diamine)和Alq3(tris (8-hydroxyquinolinolato) aluminum)分别为空穴和电子传输层, 制备了结构简单的高亮度电致发光器件, 表征了器件的光电性能, 并通过器件的能级结构对器件的发光机理进行了讨论. 结果表明, 驱动电压为20 V时, BMPSiE和BMPThSi的三层结构的器件最大亮度分别为9991.9 和15261.5 cd·m-2, 流明效率分别为0.36 和0.31 lm·W-1. 器件发光光谱谱峰位于483和495 nm处, 分别为BMPSiE和BMPThSi的特征光谱, CIE(国际发光照明委员会)色度图坐标为(0.202, 0.337)和(0.246, 0.419),且不随外加电压的改变而变化.