有机光伏器件激活层的微结构有序性与电荷输运

本文在对有机光伏电池载流子产生机理分析的基础上,从有机光伏电池激活层的微观结构对光电转换效率影响的角度,系统介绍了目前该领域的一些重要研究成果,详细分析了影响光电转换效率的主要因素,并提出了一系列改善光伏电池效率的方法,对未来该领域的研究作了展望.     

有机光伏器件激活层的微结构有序性与电荷输运

本文在对有机光伏电池载流子产生机理分析的基础上,从有机光伏电池激活层的微观结构对光电转换效率影响的角度,系统介绍了目前该领域的一些重要研究成果,详细分析了影响光电转换效率的主要因素,并提出了一系列改善光伏电池效率的方法,对未来该领域的研究作了展望。     

有机光伏材料与器件研究的新进展

近几年有机光伏电池应用研究发展迅猛。本文综述了有机光伏薄膜电池在材料(包括有机小分子材料与聚合物材料)、器件构造方面的最新进展,分析了有机聚合物光伏电池目前效率低的主要原因,并探讨了该领域进一步研究的方向和前景。     

基于有机薄膜的太阳能电池材料与器件研究进展

近年来,有机薄膜太阳能电池的研究得到突飞猛进的发展,其功率转换效率从很困难达到3％,普遍地提高到3％～5％,且根据模拟预测有希望达到10％．显然,这是新材料和新器件结构的涌出以及器件机理研究深入的共同结果．本文介绍有机薄膜太阳能电池的的结构及工作原理,讨论材料结构与器件性能的关系,综述近年来材料与器件结构等方面的进展．     

改善有机光伏器件性能的新型缓冲层

通过热蒸发在ITO阳极和聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)层之间引入一层聚四氟乙烯（PTFE）缓冲层,研究聚四氟乙烯缓冲层对基于聚3-己基噻吩:6,6-苯基-C61丁酸甲酯(P3HT:PCBM)的有机光伏器件光电特性影响。与使用PEDOT:PSS作为缓冲层的器件相比,使用聚四氟乙烯缓冲层的有机光伏器件开路电压、短路电流和光电转换效率均有所提高。器件光电性能提高的原因是由于PTFE缓冲层大量带负电荷的氟离子在ITO/PTFE界面处形成偶极子层, 改善了内建电场,从而使得空穴电荷的收集更加有利。     

稀土有机EL器件的光伏特性

有机电致发光 (ＯＥＬ)是当前发光研究的热点之一[1,2 ] ,ＯＥＬ器件正处于研究开发阶段[3] 。其中稀土ＯＥＬ研究也是重要内容之一[4 ,5] ,但对于稀土ＯＥＬ器件 ,人们的着眼点主要集中在这些器件的电光转换性能上 ,有关光电转换特性报道很少 ,我们在研究ＯＥＬ器件过程中发现 ,通常的双层稀土ＯＥＬ器件具有明显的光伏性能 ,而且超过ＴＰＤ/ＡｌＱ双层ＯＥＬ器件[6] 的光电 (ＰＶ)性能。图 1给出了本研究所用材料分子结构 ,图 2给出了双层器件ＩＴＯ/ＴＰＤ/Ｇｄ(ＤＢＭ ) 3ｂａｔｈ/Ｍｇ :Ａｇ的光电压和光电流响应曲线。这与它们的吸收…     

有机光伏薄膜的力学性能调控与预测

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.     

受体型有机光伏材料苝二酰亚胺

苝二酰亚胺作为一种典型的n型材料,具有可见光区强吸收、光和热稳定性较高等突出优点,近年来应用到有机光伏达电池中。本文介绍了苝二酰亚胺及其各种衍生物的结构和性质,综述了其用作有机光伏受体材料（包括小分子型苝二酰亚胺材料、含苝二酰亚胺受体单元的给体-受体双功能分子和含苝二酰亚胺受体单元的给体-受体双缆型聚合物材料）的最新研究进展。     

New Polymers for Optimizing Organic Photovoltaic Cell Performances

The performance of an organic solar cell critically depends on the materials used in the active layer. Desirable characteristics of active layer materials include an intense optical absorption covering broad range of the solar spectrum to maximize photon capture, the ability to effectively separate charges upon photo‐excitation, high charge mobility to allow efficient charge transport to the electrodes, and suitable HOMO and LUMO levels to ensure a high device voltage. In order to optimize these properties simultaneously, we have designed and synthesized conjugated polymers containing alternating electron‐donating and electron‐accepting units. Based on one of the low band gap polymers we designed and synthesized previously, poly[2,6‐(4,4‐bis‐(2‐ethylhexyl)‐4H‐cyclopenta[2,1‐b:3,4‐b′]dithiophene)‐alt‐4,7‐(2,1,3‐benzothiadiazole)], we carried out both side chain and main chain modifications in order to improve performance even further. By incorporating fluorene repeating units into the main chain, it is possible to adjust the absorption characteristics of the polymers while maintaining a desirable HOMO level and good charge carrier mobility. The solubility profile of the polymer can be adjusted by modifying the side chains, and soluble polymer with mobility as high as 7×10^?2 cm²/Vs is realized when a combination of 2‐ethylhexy and hexyl groups are used as side chains. These polymers should be promising candidates for high performance solar cells according to a recently published model (3).     

有机掺杂体系中的光生载流子的产生

研究苯基取代的聚苯撑乙烯共聚物PhPPV和盘状液晶分子HBC-PhC12掺杂不同比例的酰亚胺分子PDI体系的稳态光电流行为.结果表明,PDI含量在0.1%～10%范围时,光生载流子的量子效率与体系的种类和掺杂剂含量无关;PDI含量>10%时,与未掺杂时相比,光生载流子的产率增加2～3个数量级.     

齐聚噻吩及其衍生物有机光伏材料

齐聚噻吩及其衍生物具有良好的环境稳定性和优异的光电性能,是一类具有良好发展前景的有机功能材料。本文综述了近年来齐聚噻吩及其衍生物的发展状况,简述了其主要合成方法;根据结构将其分为两大类:一类是不含极性基团或仅含弱极性基团的齐聚噻吩衍生物,另一类是给体-受体型齐聚噻吩衍生物,并讨论了它们作为有机光伏材料的应用。给体-受体型齐聚噻吩衍生物由于分子内的电荷传输作用,其光物理和电化学性能均优于不含极性基团的齐聚噻吩,该类材料在小分子光伏器件中具有最高的光电转换效率(>10%)。文章最后简要分析了影响光伏器件性能的主要因素。     

Controlling the Microstructure of Monomolecular Layers

This review reports on the range of lateral structures which have been detected in ultrathin organic films using the newly-developed techniques of fluorescence microscopy and X-ray scattering, together with more conventional methods. A number of unusual low-dimensional ordering processes have been revealed. Hexagonal, lamellar or fractal domain structures are observed and shown to result from an interplay of electrostatic forces due to molecular alignment at interfaces, line energy between different phases and growth kinetics. On a molecular level the microstructure is distinguished by low coherence length of positional order but long coherence length concerning the orientation of crystallographic axes. It is demonstrated that the ideas presented are also relevant to adsorbate structures at interfaces and to the protein arrangement in monolayers.     

Thermally and Optically Activated Migration of Charge Carriers in Alkali Metal Sesquioxides

The alkali metal sesquioxides A₄O₆ (A=K, Rb, Cs) are mixed-valent with respect to oxygen and display several degrees of electronic and structural freedom, which give rise to diverse transport and ordering processes. We report on analyses of the respective underlying excitations by diffuse reflectance spectroscopy and thermally activated electron transport. Backed by DFT based band structure calculations we identify three possible mechanisms, inter valence charge transfer from peroxide to superoxide, excitation across the Jahn-Teller gap of tilted superoxide anions, and polaron migration. The activation energies as found by the three different approaches are in a rather narrow range of 0.62–0.89 eV for Rb₄O₆ and 0.49–0.65 eV for Cs₄O₆, confirming opacity in the full range of visible light. The effect of the phase transition from cubic to tetragonal as demonstrated for the caesium representative corresponds to a marginal shift to higher activation energy.     

基于苯并二噻吩和吡咯并吡咯二酮共聚物的有机太阳能电池给体材料光伏性质理论研究

设计和合成结构新颖的聚合物太阳能电池给体材料是有机电子学的热点研究领域. 首先利用二噻吩取代的苯并二噻吩(DBDT)作为富电子结构单元, 吡咯并吡咯二酮(DPP)作为缺电子单元构筑了一种新的聚合物太阳能电池电子给体材料(PDBDTDPP), 然后以[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PC₆₁BM)作为电子受体, 借助密度泛函理论(DFT)方法结合不相干的Marcus-Hush电荷传输模型, 系统研究了PC₆₁BM-DBDTDPP_n=1,2,3,∞体系的分子结构、电子性质、光吸收性质、电荷转移的内重组能和外重组能、激子结合能、电荷传输积分、给体-受体界面上激子分离和电荷复合速率等性质, 并利用线性回归方法分析了聚合物重复单元与其光伏性质的关系. 结果表明, 该聚合物具有较好的平面结构, 低的最高占据分子轨道(HOMO)能级, 在紫外-可见区具有宽且强的光学吸收、较大的激子束缚能(1.365 eV), 小的激子分离内重组能(0.152 eV)和电荷复合内重组能(0.314 eV). 在给体-受体界面上, 激子分离速率高达1.073×10¹⁴ s^-1, 而电荷复合速率仅为1.797×10⁸ s^-1. 相比较而言, 激子分离速率比电荷复合速率高约6个数量级, 表明在给体-受体界面上, 光生激子具有很高的分离效率. 总之, 研究证明PDBDTDPP是一个非常有前途的聚合物太阳能电池给体材料, 值得实验上进一步合成及器件化研究. 理论研究不仅有助于更深入理解有机化合物结构与其光学、电子性质之间的关系, 还可以为合理设计聚合物太阳能电池给体材料提供有价值的参考.     

苯并三噻吩共轭聚合物的合成及其在有机光伏中的应用

以三(二亚苄基丙酮)二钯(Pd_2(dba)_3)为催化剂,三甲苯基磷(P(o-tol)_3)为配体,4,3'-十二烷基-2,2'-联二噻吩(M1)和2,8-二溴-5-(2-己基癸基)苯并三噻吩(M2)为单体,采用Stille交叉偶联反应,合成了基于苯并三噻吩和联二噻吩单元的共轭聚合物(PBTT)。采用热重分析、紫外-可见分光光度计及电化学分析分别研究了聚合物PBTT的热性能、光学性能和电化学性能。结果表明:聚合物PBTT具有优异的热稳定性和低的最高占有轨道能级(HOMO);聚合物薄膜最大吸收峰位于469 nm,光学能带隙为2.10 eV;将聚合物与[6,6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯(PC_(61)1BM)共混材料作为活性层制作了本体异质结构太阳能电池器件,在模拟太阳光源AM 1.5 G 100 mW/cm~2照射条件下,该器件获得了高达1.00 V的开路电压,初步的能量转化效率为0.43%。