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对称苯基取代实现效率高达15.3%的全小分子有机太阳能电池；通过给体-受体对称性苯基修饰实现效率高达15.3%的全小分子有机太阳能电池；
摘要： 由于给体和受体均具有各向异性的共轭主链，供体-受体共混形貌的协同优化是实现高效非富勒烯小分子有机太阳能电池（NFSM-OSCs）的关键障碍。因此，开发简便的分子设计策略以有效调控光活性材料的结晶特性，从而实现共混形貌优化至关重要。本研究采用苯基取代的苯并二噻吩（BDT）中心单元构建了新型给体分子B1，与相应的噻吩取代BDT材料BTR相比，该分子与非富勒烯受体BO-4Cl展现出更强的相互作用。掠入射广角X射线散射结果表明：受体诱导B1从边缘取向转变为面外取向，而BTR与受体在原始薄膜和共混薄膜中均保持相似的分子取向。这意味着B1体系实现了供体-受体共混形貌的协同优化，基于B1:BO-4Cl的器件获得15.3%的卓越光电转换效率（PCE），经中国计量科学研究院认证为15.1%。我们的研究展示了一种提升给体分子结晶特性并协同优化全小分子体系形貌的简捷有效策略，从而制备出高性能NFSM-OSCs。
关键词： 全小分子、分子间相互作用、结晶度、有机太阳能电池、非富勒烯
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过苯并[b]苯并[4,5]噻吩并[2,3-d]噻吩基八环非富勒烯受体的异构化同步提升有机太阳能电池的光伏参数
摘要： 融合环电子受体（FREAs）因其结构易于修饰且具备优异的热学与光学特性而备受关注。在这类受体中，源自多个反应位点的异构化结构单元会影响电子结构、形貌特性及最终光伏性能，但相关研究甚少。本研究以苯并[b]苯并[4,5]噻吩并[2,3-d]噻吩（BTBT）基融合环核的不同反应位点合成了三种异构体FREAs（Z1-aa、Z1-ab和Z1-bb），并将其应用于有机太阳能电池（OSCs）。与Z1-aa和Z1-ab相比，Z1-bb表现出红移吸收和更高的最大摩尔消光系数。当与PM6共混时，基于Z1-bb的OSCs比PM6:Z1-aa和PM6:Z1-ab共混膜具有更平衡的电荷传输特性，从而获得更高的短路电流密度（Jsc）和填充因子（FF）。结果表明，基于Z1-bb的OSC器件实现了12.66%的功率转换效率（PCE），对应开路电压（Voc）=0.98 V、Jsc=18.52 mA cm?2、FF=70.05%，显著优于Z1-ab器件（PCE 9.60%）和Z1-aa器件（PCE 4.56%）。这些发现表明，源自特殊反应位点的融合环核异构化是实现兼具高Jsc、Voc和FF的高性能OSCs的有效策略。
关键词： 有机太阳能电池、异构化、稠环电子受体、基于BTBT的稠环核、光伏性能
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于半经验模型对非富勒烯受体进行合理有效设计，实现效率超过15%的有机太阳能电池
摘要： 尽管有机光伏（OPVs）已取得显著进展，但其活性层材料设计通常基于试错法。如何合理设计活性层材料以进一步提升OPV性能仍是挑战。本文基于我们提出的半经验模型，在受体分子F-H基础上设计合成了两种新型小分子受体F-2F和FO-2F。通过二氟取代端基修饰的F-2F虽呈现红移吸收，但仍远离半经验模型要求的范围。为此，我们通过在F-2F骨架中巧妙引入氧原子进行分子微调，设计出吸收进一步红移且更接近模型优选范围的FO-2F。当与给体聚合物PM6共混时，基于FO-2F的OPV器件实现了15.05%的卓越光电转换效率（PCE），开路电压（Voc）达0.878 V，短路电流密度（Jsc）为22.26 mA cm-2，填充因子（FF）高达0.77。其中Voc和Jsc均处于模型预测范围内。这些结果表明，FO-2F分子成为继Y6系列后又一能实现超15% PCE的新型受体范例。
关键词： 受体，半经验模型，非富勒烯，A-D-A型，有机太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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水加工有机太阳能电池开路电压超过1.3V
摘要： 共轭聚电解质通常用作界面层来调节有机太阳能电池（OSC）电极的功函数，但将其作为电子给体应用于水加工OSC活性层的研究甚少。本研究证明，聚[3-(6'-N,N,N-三甲基铵基)-己基噻吩]溴化物（P3HTN）可与水溶性富勒烯（PEG-C60）组合，作为电子给体构建源自水溶液的环保型活性层。在沉积P3HTN:PEG-C60活性层前旋涂聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）层，能显著提升OSC的开路电压（Voc）至1.3V以上。除Voc增强外，采用PEDOT:PSS界面层的OSC器件，其短路电流密度（Jsc）较裸铟锡氧化物（ITO）阳极和氧化钼涂层ITO阳极分别提升10倍和5倍。这些发现表明，PEDOT:PSS界面层使水加工OSC器件获得的Jsc与Voc提升，不能仅归因于空穴收集效率改善，更源于PEDOT:PSS与P3HTN之间发生的离子交换作用。我们通过吸收光谱、光电子能谱结合空穴传输测量，研究了新形成聚电解质的电光特性，以阐明PEDOT:PSS与P3HTN协同构建的OSC器件中光伏参数增强的机理。
关键词： 前沿轨道、有机半导体、有机太阳能电池、共轭聚电解质、可持续制造
更新于2025-09-23 15:19:57
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一种基于新型苯并二噻吩的供体-受体π共轭聚合物用于有机太阳能电池
摘要： 设计并研究了一种基于新型苯并二噻吩的给体-受体π共轭聚合物(P1)，作为有机太阳能电池(OSCs)的光活性给体材料。合成的给体聚合物P1具有300-750 nm的宽吸收范围，光学带隙为1.61 eV，中等电离势为-5.30 eV。该聚合物在非卤代和卤代有机溶剂中均具有良好的溶解性。随后，我们将P1与PC71BM共混制备OSCs，原始聚合物经氯苯加工后表现出2.79%的能量转换效率(PCE)。当在共混物中添加外部添加剂二苯醚时，PCE显著提升至最高5.33%。二苯醚优化了活性层形貌，使PCE达到原始薄膜的两倍。这些结果明确表明，这种新聚合物在溶剂添加剂作用下具有大幅提升效率的巨大潜力，将为开发高性能空气稳定的新一代有机太阳能电池聚合物提供新途径。
关键词： 基于苯并二噻吩的π共轭聚合物、有机太阳能电池、形貌、辛基侧链
更新于2025-09-23 15:19:57
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引入三氟甲基以增强氢键作用提升有机太阳能电池效率
摘要： 如今，三元策略已成为提升有机太阳能电池（OSC）功率转换效率（PCE）的常用方法。第三组分与给体或受体之间的分子间相互作用对实现高性能至关重要。然而，作为强分子间相互作用的氢键在三元OSC中鲜少被考虑。本工作通过在新合成的小分子DTBO上引入三氟甲基来增强DTBO与IEICO-4F间的氢键。由于氢键的存在显著影响静电势（ESP）并促进活性层的π-π堆叠，该三元OSC展现出优异的电荷提取能力和低电荷复合率。在基于DTBO、PTB7-Th和IEICO-4F的三元器件中，其PCE从典型二元器件的11.02%提升至12.48%，短路电流密度（JSC）从24.94 mA/cm2增至26.43 mA/cm2。此外，添加DTBO可实现能量从DTBO向PTB7-Th的转移，并拓宽共混薄膜的吸收光谱。掠入射广角X射线散射（GIWAXS）图谱显示添加10 wt% DTBO后IEICO-4F的π-π堆叠间距减小。该氢键效应在PM6:Y6体系中同样显现——对比二元体系15.49%的效率，三元体系实现了16.64%的效率。本研究表明，通过引入三氟甲基增强氢键以改善π-π堆叠，可有效提升OSC的性能。
关键词： 能量传递、三元器件、有机太阳能电池、氢键、π-π堆积
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于自发组装活性层的非富勒烯三元聚合物太阳能电池的效率与稳定性提升：高迁移率小分子电子受体的作用
摘要： 在不进行任何外部处理的情况下，基于铸态活性层制备高效稳定的有机太阳能电池具有挑战性。我们提出一种平面型有机电子受体BPTCN作为非富勒烯三元聚合物太阳能电池的第三组分，该分子以缺电子的4,7-双(5H-4,6-二氧代噻吩并[3,4-c]吡咯-1-基)苯并[c][1,2,5]噻二唑为核心，通过烷基化噻吩-2,5-亚乙烯基单元两端连接2-(3-乙基-5-亚甲基-4-氧代噻唑烷-2-亚基)丙二腈。其π-π堆积距离为3.60 ?，电子迁移率μe达1.31×10?3 cm2 V?1 s?1。铸态薄膜中BPTCN在569 nm处呈现吸收峰，与近红外吸收受体COi8DFIC具有良好的混溶性，可实现完全的福斯特能量转移。将BPTCN加入PTB7-Th:COi8DFIC共混体系产生多重增益效应：i) 通过Jph-Veff、Jsc-Ilight和Voc-Ilight特性分析表明，促进给体/受体界面激子解离与电荷转移，同时抑制双分子复合及陷阱辅助复合；ii) 显著提升空穴特别是电子传输能力；iii) 广角X射线衍射显示有效增强聚合物给体PTB7-Th的结晶度。此外，三元共混体系PTB7-Th:COi8DFIC:BPTCN（重量比1:1.05:0.45）的相纯度大幅提高。最终优化的三元器件在无需额外处理条件下实现11.62%光电转换效率（Voc=0.74 V，Jsc=25.93 mA cm?2，FF=60.61%），优于二元体系PTB7-Th:COi8DFIC（9.41%）和PTB7-Th:BPTCN（6.42%）。经80°C热老化450小时后，该三元器件仍保持初始效率的84.39%，展现出优异稳定性。
关键词： PTB7-Th、COi8DFIC、BPTCN、电子受体、有机太阳能电池、热稳定性、非富勒烯三元聚合物太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于萘并二噻吩的高性能聚合物太阳能电池非富勒烯受体，具有较小能量损失
摘要： 基于萘并二噻吩的高性能聚合物太阳能电池非富勒烯受体，具有较小的能量损失
关键词： 能量损失、分子内非共价相互作用、非富勒烯受体、有机太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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非对称非共价稠环受体用于高效有机太阳能电池，具有降低的电压损失和优异的热稳定性
摘要： 同时拓宽光谱响应并降低能量损失是有机太阳能电池（OSC）材料设计中的挑战性任务。本研究合成了一种新型非对称非共价稠环电子受体（NFEA）——具有单侧烷基硫代取代噻吩π桥的IDST-4F。与不含π桥的对称类似物ID-4F相比，IDST-4F展现出更宽的吸收范围、更高的能级、更大的偶极矩以及被抑制的结晶性。相较于PM6:ID-4F器件，优化后的PM6:IDST-4F器件同时实现了电流密度和光电压的提升，获得了14.3%的优异功率转换效率（PCE），这是目前文献报道的基于NFEA的OSC中最高值。更重要的是，基于PM6:IDST-4F的OSC在150°C热处理1200分钟后仍保持82%的初始PCE，展现出卓越的热稳定性。总之，本研究表明非对称NFEA有望实现兼具高效率和优异热稳定性的性能。
关键词： 有机太阳能电池、非共价稠环、热稳定性、窄带隙受体、能量损失
更新于2025-09-23 15:19:57
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常规与倒置结构P3HT:PCBM有机太阳能电池的对比研究
摘要： 本研究采用GPVDM软件对常规与倒置体异质结（BHJ）有机太阳能电池（OSC和IOSC）进行了全面对比分析。与传统阴极位于顶部的低功函数OSC不同，IOSC的特征在于底部采用透明导电氧化物阴极。通过计算电流-电压特性曲线（J-V）提取太阳能电池的主要电学输出参数（性能指标）：短路电流（Jsc）、开路电压（Voc）、填充因子（FF）及转换效率（η）。研究考察了多种物理参数的影响，包括不同功能层厚度及电子传输层（ETL）/空穴传输层（HTL）材料选择。此外，提出采用单层与多层结构的顶部/底部电极方案。通过对比OSC与IOSC中各因素的影响发现：使用ATZ（AZO/TiOx/ZnO）多层结构作为底部接触的IOSC可获得5.46%的最佳效率，优于采用ZnO/TiOx/ZnO接触的传统OSC（5.02%）。
关键词： 有机太阳能电池，倒置结构，体异质结，GPVDM软件，多层薄膜电极
更新于2025-09-23 15:19:57