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有机太阳能电池中P3HT/非富勒烯界面多重电荷转移机制的理论研究

DOI：10.1021/acssuschemeng.9b04842 期刊：ACS Sustainable Chemistry & Engineering 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 近年来，基于聚（3-己基噻吩）（P3HT）的有机太阳能电池（OSCs）因其易于生产、低成本和可大面积制备的特性得到了发展。然而，在P3HT基OSCs中，比PC61BM具有更高功率转换效率（PCE）的非富勒烯受体研究较少。本工作深入分析了激发态，以探究高性能P3HT/非富勒烯体系的特殊性。研究发现存在多种电荷转移（CT）机制，包括分子间电?。↖EF）、热CT态和CT态的直接激发，这表明这些P3HT/非富勒烯界面存在更有利的CT路径。相应地，对所有研究的给体/受体界面的电荷转移速率计算进一步验证了多种CT路径的积极作用。此外，首次发现有趣的弗伦克尔-CT混合态与这些P3HT/非富勒烯体系中给体和受体更强的静电表面势（ESP）差异相关，这可能为高效OSCs的设计提供策略。
作者： Zhi-Wen Zhao，Qing-Qing Pan，Yun Geng，Yong Wu，Liang Zhao，Min Zhang，Zhong-Min Su
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研究概述 实验方案

研究目的

研究有机太阳能电池中P3HT/非富勒烯界面的多重电荷转移机制，以理解P3HT/非富勒烯体系优异性能的原因。

研究成果

研究发现，P3HT/非富勒烯体系采用了更多电荷转移路径，包括分子间电?。↖EF）促进的过程、热电荷转移态以及直接激发过程。与给体与受体之间静电势差形成的IEF相关的混合弗伦克尔-电荷转移态被认为有利于电荷分离。P3HT/非富勒烯体系中更高的电荷转移速率归因于更大的电子耦合强度以及ΔG与λ之和绝对值的有利性。这些发现表明，P3HT/非富勒烯界面在有机太阳能电池中具有更优异的性能。

研究不足

该界面模型是在分子层面上构建的，其结构简单但受当前计算水平的限制。有机太阳能电池（OSC）器件的功率转换效率（PCE）可能受到多种因素的影响，这使得该模型比实际情况要复杂得多。

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