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通过精细侧链工程设计新型n型卟啉受体，实现低能量损失且近红外光电响应的高效非富勒烯太阳能电池

DOI：10.1021/acsami.9b15975 期刊：ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 设计并合成了一系列定制化的高效近红外卟啉基受体，用于无富勒烯体异质结（BHJ）有机太阳能电池（OSCs）。采用PTB7-Th给体与具有互补吸收特性的卟啉受体（P-x）构建BHJ活性层，实现了300至950纳米波段的全光谱光子-电流转换。研究表明，卟啉受体的侧链结构显著影响BHJ活性层的分子排列与纳米形貌。值得注意的是，具有四条十二烷氧基侧链的卟啉受体（P-2）获得了0.80伏的开路电压（VOC）、13.94毫安/平方厘米的短路电流密度（JSC）、64.8%的填充因子（FF）以及7.23%的总光电转换效率（PCE）。这一优异性能归因于其在可见光及近红外区域卓越的光捕获能力、高位LUMO能级、相对较高且更平衡的载流子迁移率，以及更有序的面朝上分子堆积方式——这些特性有利于获得高VOC和JSC。
作者： Ming-Chi Tsai，Chieh-Ming Hung，Zi-Qin Chen，Yi-Chieh Chiu，Hsieh-Chih Chen，Ching-Yao Lin
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究通过精细的侧链工程设计与合成新型n型卟啉受体，以实现具有低能量损失、覆盖近红外区域光电响应的高效非富勒烯太阳能电池。

研究成果

研究表明，通过精细的侧链工程设计的新型n型卟啉受体可实现高效非富勒烯太阳能电池，具有低能量损失且光电响应覆盖近红外区域。其中具有四条十二烷氧基侧链的P-2受体实现了7.23%的最高光电转换效率（PCE），这归因于其较高的LUMO能级、在可见光及近红外区域的强吸收特性以及更有序的面朝分子堆积排列。

研究不足

该研究的局限性在于：实现卟啉染料在溶解性与分子间相互作用之间的平衡存在挑战，同时要达到高开路电压（VOC）所需的合适能级，以及实现高短路电流密度（JSC）所需的宽范围太阳光通量吸收也具有难度。

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