研究目的
通过光环化反应锁定构象来调节分子几何结构对无富勒烯有机太阳能电池(OSC)性能的影响研究。
研究成果
研究表明,通过锁定构象调整基于FPDI的电子受体的分子几何结构,可显著影响无富勒烯有机太阳能电池的性能。非稠合BT-FPDI受体因其高度扭曲的几何结构,实现了8.07%的更高光电转换效率(PCE)和17.35 mA/cm2的创纪录短路电流密度(Jsc),而稠合fBT-FPDI受体仅获得5.89%的PCE。这一反直觉结果表明,在设计高性能FPDI基受体时分子几何结构的重要性,并提示环融合在此类体系中未必总能产生预期积极效果。
研究不足
该研究聚焦于分子几何结构对采用特定电子受体(BT-FPDI和fBT-FPDI)与单一聚合物给体(PTB7-Th)组合的无富勒烯有机太阳能电池性能的影响。研究结果可能无法直接适用于其他给体-受体组合或不同类型的太阳能电池。此外,该研究未探讨器件的长期稳定性或可扩展性。
1:实验设计与方法选择:
为无富勒烯有机太阳能电池设计并合成了两种具有不同空间构型的小分子电子受体(BT-FPDI和fBT-FPDI)。通过光环化反应锁定构象来调控分子几何结构。
2:样品选择与数据来源:
采用聚合物给体PTB7-Th分别与BT-FPDI和fBT-FPDI作为电子受体配对。数据采集自紫外-可见吸收光谱、循环伏安法(CV)测试、密度泛函理论(DFT)计算及光伏性能测量。
3:实验设备与材料清单:
包含紫外-可见分光光度计、循环伏安装置、DFT计算软件(Gaussian 09),以及ITO/PEDOT:PSS/光活性层/PFN-Br/Ag的常规有机太阳能电池器件结构。
4:实验流程与操作步骤:
制备具有常规结构的无富勒烯有机太阳能电池器件。评估光伏性能、激子解离、电荷复合动力学、薄膜形貌及分子堆积行为。
5:数据分析方法:
通过分析光电特性、激子解离效率、电荷复合动力学、薄膜形貌及分子堆积行为来理解器件性能差异。
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