P3HT/非富勒烯受体异质结有机太阳电池

非富勒烯受体材料在分子设计、光吸收及能级等多方面具有极其丰富的可调控性, 使得基于非富勒烯电子受体的本体异质结有机太阳电池(BHJ OSC) 近年得以迅速发展。P3HT聚合物作为被广泛研究的第二代有机半导体材料, 其价格便宜、具有较好的结晶性以及优异的载流子传输性能, 是经典的电子给体材料。本文综述了近年来以P3HT聚合物为给体、非富勒烯类有机化合物为电子受体的有机太阳电池研究进展, 探讨了P3HT/非富勒烯受体BHJ OSC中, 影响器件效率提升的关键因素, 以及电子受体优化设计方面的相应要求。对基于P3HT/非富勒烯受体 BHJ OSC器件的研究前景进行了展望。     

基于非富勒烯受体的溶液加工型全小分子太阳能电池研究进展

有机太阳能电池(OPV),具有质量轻、可成本低制备等优势,是一种具有实际应用潜力的光伏技术。有机太阳能电池活性层可以由共轭聚合物或溶液可加工的小分子材料(给体与受体)共混组成。由于小分子材料具有明确的分子结构,纯度可控及无批次差别影响的特点;并结合近年来非富勒烯小分子受体的快速发展,使得非富勒烯全小分子(NF-SM-OPV)电池研究受到广泛关注。由于大部分A-D-A型非富勒烯受体分子具有各向异性的特点,这使激子解离和电荷传输,很大程度上受分子间堆积方式的影响,导致非富勒烯全小分子电池活性层形貌调控更加复杂。虽然非富勒烯小分子太阳能电池具有非富勒烯受体材料和小分子材料的双重优势,但高效率非富勒烯小分子太阳能电池的制备,仍具有很大挑战。因此,本文总结近年来高性能非富勒烯小分子太阳能电池的相关进展。着重介绍针对非富勒烯受体的给体小分子材料设计工作,并在此基础上近一步讨论非富勒烯小分子太阳能电池面临的挑战与展望。     

高结晶性小分子给体材料应用于全小分子有机太阳能电池中的研究进展

随着新型小分子给体材料和非富勒烯小分子受体材料的开发和应用, 非富勒烯全小分子有机太阳能电池(NF-ASM OSCs)的光电转换效率已经突破15%, 并逐渐接近聚合物太阳能电池的效率. 相比于聚合物电子给体材料, 小分子电子给体材料拥有其独特的优势, 例如合成批次性差异小、分子量明确和易于提纯等; 但是, 对小分子给体材料的结晶性难于精确调控, 使获得合适的纳米级结构的混合膜仍然是一个挑战. 本综述以给体小分子中心共轭单元的扩展为主线, 从分子设计的角度汇总了近年来对苯并二噻吩、萘并二噻吩和二噻并苯并二噻吩类小分子给体材料的结晶性研究, 并为进一步改善电池活性层形貌和获得更高的光伏性能提供了未来发展的建议.     

基于方酸菁类小分子给体与富勒烯受体材料的有机光伏电池研究进展

方酸菁类小分子材料具有合成路线简单、吸收系数高、能带隙可调、可见-近红外区吸收强烈的性质以及光、热稳定性高的特点,被认为是一类非常有应用前景的有机光伏电池材料.其作为给体材料,结合富勒烯受体材料的有机光伏电池能量转化效率已经超过了8%.综述了近年来基于方酸菁类小分子给体材料和富勒烯受体材料的有机光伏电池的研究进展,系统分析了方酸菁类小分子的分子结构、薄膜形貌和分子聚集等对器件光伏性能的影响.为方酸菁类小分子材料在有机光伏电池方面的应用拓宽了思路,并对以后的研究提出了展望.     

基于聚合物给体与非富勒烯有机小分子受体材料的有机太阳能电池研究进展

在本体异质结有机太阳能电池的研究中,富勒烯及其衍生物是一类重要的n-型电子受体材料,然而基于富勒烯的材料有一些难以克服的弱点,例如在可见光范围内较弱且窄的吸收、很难调节的带隙、溶解性较差等,这些都严重限制了富勒烯类材料在有机太阳能电池中作为n-型受体材料更广泛的应用。而非富勒烯n-型电子受体材料比富勒烯类材料拥有在可见光光谱中更加宽广的吸收范围、能级更易调节、合成简便、加工成本更低、溶解性能更加优异等重要特点,目前基于非富勒烯类材料的本体异质结有机太阳能电池的能量转换效率超过了4%。本文综述了几类非富勒烯类有机小分子受体材料的研究进展,讨论了提高基于非富勒烯类有机小分子材料的有机太阳能电池器件性能的关键因素,并对其发展前景作了展望。     

基于窄带系DPP类聚合物的高性能近红外有机光探测器件

采用窄带隙给体材料DPPDTT和富勒烯衍生物受体PCBM共混作为活性层,制备了具有高激子分离和电荷传输效率的近红外有机光探测器件,并进一步采用窄带隙受体Y6代替PCBM制备一种"双窄带隙吸收"的异质结结构,在近红外区域的吸收叠加有效地增强了器件光响应能力.最后,通过采用厚活性层、插入阻挡层以及制备倒置结构等方法,将器件...     

非富勒烯聚合物太阳电池研究进展

综述了以p-型共轭聚合物为给体、n-型有机半导体为受体的非富勒烯聚合物太阳电池光伏材料最新研究进展,包括n-型共轭聚合物和可溶液加工小分子n-型有机半导体(n-OS)受体光伏材料,以及与之匹配的p-型共轭聚合物给体光伏材料.介绍的n-型共轭聚合物受体光伏材料包括基于苝酰亚胺(BDI)、萘酰亚胺(NDI)以及新型硼氮键连受体单元的D-A共聚物受体光伏材料,目前基于聚合物给体(J51)和聚合物受体(N2200)的全聚合物太阳电池的能量转换效率最高达到8.26%.n-OS小分子受体光伏材料包括基于BDI和NDI单元的有机分子、基于稠环中心给体单元的A-D-A型窄带隙有机小分子受体材料等.给体光伏材料包括基于齐聚噻吩和苯并二噻吩(BDT)给体单元的D-A共聚物,重点介绍与窄带隙A-D-A结构小分子受体吸收互补的、基于噻吩取代BDT单元的中间带隙二维共轭聚合物给体光伏材料.使用中间带隙的p-型共轭聚合物为给体、窄带隙A-D-A结构有机小分子为受体的非富勒烯聚合物太阳电池能量转换效率已经突破12%,展示了光明的前景.最后对非富勒烯聚合物太阳电池将来的发展进行了展望.     

A-D-A型小分子电子给体光伏材料的端基修饰及其光伏性能

有机太阳能电池(OSCs)活性层中的给体材料主要包括共轭聚合物与有机小分子,由于有机小分子给体具有结构确定、易于提纯、重复性高等独特的优势,近年来受到研究工作者的广泛关注。本工作中,我们采取具有良好共平面性的三联苯并二噻吩(TriBDT-T)为推电子(D)中心共轭单元,分别以罗丹宁(RN)、氰基罗丹宁(RCN)和1,3-茚二酮(IDO)为拉电子(A)共轭端基,设计并合成了三种具有A-D-A型结构的小分子给体材料TriBDT-T-RN、TriBDT-T-RCN和TriBDT-T-IDO。我们对比研究了三种端基对其热分解温度、吸收光谱和分子能级等基本性能的影响,并分别将三种小分子给体与非富勒烯型受体材料IT-4F共混制备器件,详细研究了活性层形貌与光伏性能之间的关系。结果表明,不同的A型端基对小分子给体材料的光学性能、电化学性能、光伏器件中活性层的微观形貌以及能量转换效率(PCE)产生显著影响。基于TriBDTT-RN:IT-4F、TriBDT-T-RCN:IT-4F和TriBDT-T-IDO:IT-4F的光伏器件的能量转换效率分别为9.25%、6.31%和6.18%。     

基于非富勒烯电子受体的半透明有机太阳能电池

半透明有机太阳能电池以其独特的光电特性在建筑集成光伏上具有广阔的应用前景。非富勒烯小分子受体近几年发展十分迅速。其中,基于非富勒烯小分子受体的半透明有机太阳能电池具有较高的光电转换效率和平均可见光透过率,因而得到了广泛关注。本文总结了近几年来非富勒烯受体型半透明有机太阳能电池的最新研究进展,探究活性层材料设计及器件构型优化对半透明有机太阳能电池的影响,希望为半透明有机太阳能电池在今后研究中新材料体系的优选提供一定的参考。     

有机太阳能电池中基于苝二酰亚胺结构小分子受体进展

最近几年,有机太阳能电池中的非富勒烯小分子受体研究引起了人们的兴趣。其中,苝二酰亚胺(PDI)类分子因具有良好的电子传输能力,较强的电子亲和力,稳定的光、热、化学性能以及化学结构的可设计性带来的性能可调控性而得到广泛的关注。本文总结了近三年来在体异质结有机太阳能电池应用方面PDI小分子受体的研究进展,重点关注了PDI分子结构对其性能的影响,希望为以后PDI类受体分子的设计思路起到一定的启发作用。     

酰亚胺和酰胺类非富勒烯型小分子受体材料研究进展

近年来,非富勒烯型电子受体材料因具有能级可调、吸收较宽、合成简便、加工成本低、溶解性好等优点,引起了科学家的广泛关注.目前,非富勒烯型光伏器件的效率最高已经超过了8%,与富勒烯型的光伏器件的效率差距正在逐步缩小.本文综述了近几年来酰亚胺和酰胺类非富勒烯型小分子受体材料的研究进展,并对提高非富勒烯型受体材料的能量转化效率的途径进行了探讨.     

基于膜厚与分子量优化策略实现高效近红外有机光探测器

利用基于[1,2,3]三唑并[4,5-f]异吲哚-5,7(2H,6H)-二酮(TzBI)共轭聚合物PTzBI-Cl为给体,非富勒烯小分子Y6DT为受体,制备基于倒装结构的有机本体异质结光探测器.基于高分子量聚合物PTzBI-Cl-H制备的器件比低分子量材料制备的器件具有更低的暗电流和更高的光探测性能.通过对PTzBI-...     

可溶液加工的D-A-D型有机小分子的烷基链效应及光电性能

设计合成了3种可溶液加工的基于噻吩给体和2-吡喃-4-亚基丙二氰(PM)受体的新型Donor-Acceptor-Donor(D-A-D)型有机小分子TPT-N, TPT-S和TPT-D. 研究了噻吩给体单元上烷基链的数目对分子的溶解性、 光物理(吸收特性)、 热稳定和光电性能的影响. 结果表明, 随着烷基链的增加, 分子的溶解性增加, 成膜性能提高; 分子在溶液中的吸收光谱发生红移, 薄膜的吸收谱带变窄, 分子的最高占有分子轨道(HOMO)能级提高. 以D-A-D型有机小分子为给体, 富勒烯C₆₀衍生物-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PCBM)为受体制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/D-A-D∶PCBM/LiF/Al的体异质结太阳能电池. 研究结果表明, 基于单烷基链的TPT-S的太阳能电池具有相对较高的能量转换效率. 说明在D-A-D型有机小分子太阳能电池材料中, 烷基链的数目是决定材料性能及器件性能的重要因素之一.     

有机太阳能电池获得超过13%的能量转换效率

正有机太阳能电池(简称OSCs)是一种新型的光伏器件,可以通过低成本的溶液加工方法制备大面的柔性器件,得到了国内外学术界和工业界的广泛关注~1。有机光活性材料(包括电子给体和电子受体)的设计与应用是提高OSCs能量转换效率(简称PCE)的重要途径。富勒烯衍生物在以往的研究中是应用最为广泛的电子受体材料,经过多年的发展,以聚合物和小分子作为电子给体的OSCs都取得了11%以上的PCE~(2,3)。然而,鉴于富勒烯     

寡聚物型A-D-A结构高效有机太阳能电池材料与器件

近年来有机太阳能电池发展迅速,活性层材料起到至关重要的作用.在众多活性层材料中,由于其化学结构确定、能级和吸收易调控以及其特殊的电子云分布等特点,寡聚物型A-D-A结构活性层材料成为领域研究的热点和重点.本文围绕A-D-A结构寡物聚型小分子光伏材料,首先对基于寡聚噻吩以及苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩的A-D-A给体材料进行系统的分析和讨论,对分子的结构-性能关系进行总结;然后讨论基于芴和苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩的两类A-D-A受体材料;总结了我们基于A-D-A分子叠层器件进展;最后,从能量转换效率、器件稳定性、柔性及大面积器件等方面对有机太阳能电池的发展进行了展望.     

非富勒烯类有机小分子受体材料

富勒烯及其衍生物因具有多维电荷传输特性和与给体材料形成独特的相分离结构等特点,在有机光伏领域占据主导地位。然而,富勒烯类受体材料本身也有一些难以克服的缺点,如可见光范围内吸收能力弱、修饰困难、成本高等,进而限制了器件性能的提高和规模化使用。非富勒烯类小分子受体材料的研究引起越来越多的重视。研究者可借助丰富的化学手段,设计合成出具有特定聚集态形貌和优异性能的有机小分子及其寡聚物。本文总结了近几年关于苝四甲酰二亚胺类、吡咯并吡咯二酮类、苯并噻二唑类等几类性能相对优异的非富勒烯类有机小分子受体材料的最新研究进展,从分子结构上对其性能进行了剖析,对高性能受体材料的设计合成具有一定的指导意义。最后,讨论了提高非富勒烯类有机小分子受体材料器件性能的主要因素及其研究前景。     

带有噻吩侧基的有机硼小分子电子受体光伏材料

有机小分子电子受体材料的侧基能够影响异质结有机太阳能电池的给体/受体匹配和器件性能。我们设计并合成了一个硼原子带有噻吩侧基的有机硼小分子(MBN-Th)。该分子的LUMO离域在整个骨架上,HOMO定域在中心核上,其独特的电子结构使该分子具有两个强的吸收峰(波长分别为490和726nm),因此分子具有宽的吸收光谱和强的太阳光吸收能力。与苯基侧基相比,噻吩侧基使分子的HOMO能级下移0.1 eV,LUMO能级保持不变,进而引起分子带隙减小和吸收光谱蓝移20nm。基于该有机硼小分子受体材料的异质结有机太阳能电池,实现了4.21%的能量转化效率和300–850nm的宽响应光谱。实验结果表明,硼原子上的噻吩侧基是调控有机硼小分子光电性质的有效方法,可以用于有机硼小分子受体材料的设计。     

十年磨一剑：专访非富勒烯受体的先驱者占肖卫教授

<正>自从1995年首次报道本体异质结有机太阳能电池以来,在近二十年时间里,富勒烯衍生物已成为最广泛使用的电子受体,非富勒烯受体的器件效率远远低于富勒烯衍生物。而富勒烯太阳光吸收弱、能级调控难、生产成本高、形貌稳定性差的缺点,限制了有机太阳能电池领域的可持续发展。2015年以来,非富勒烯受体领域不断取得突破,器件效率从低于7%快速提升到高于17%,并大大超过富勒烯受体,使人们看到了有机太阳能电池的巨大潜力,吸引了国际学术界越来越多的研究力量投入到非富勒烯     

通过分子结构调控方法实现非富勒烯型有机太阳能电池在绿色溶剂中的应用

<正>1背景介绍有机光伏电池具有成本低、制备工艺简单、可实现柔性器件等独特优势,成为近年来世界范围内的研究热点,并在过去二十年内得到了迅速的发展~1。近年来,通过对活性层材料结构设计与器件制备工艺的优化,采用A-D-A型非富勒烯小分子作为受体材料的有机太阳能电池的研究已使能量     

基于卟啉的新型近红外非富勒烯电子受体分子

正有机太阳能电池因其质轻、柔性和可溶液加工等优点而具有潜在应用前景1。有机太阳能电池的性能主要取决于活性层对光的吸收和转换过程,因此活性层材料的开发成为研究关键。当前活性层主要采用由给体和受体共混的本体异质结结构,其中大量高性能的共轭高分子和小分子给体