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从提高有机太阳能电池功率转换效率的角度研究新设计的非对称发色团
摘要： (D1-π-A-D2)型有机生色团(E)-4-(3,5-二甲氧基苯乙烯基)-7-(5'-己基-[2,2'-联噻吩]-5-基)苯并[c][1,2,5]噻二唑(OMe-BBTz)以2,1,3-苯并噻二唑为受体，二甲氧基苯基和己基联噻吩为给体单元合成，用于制备体异质结有机太阳能电池(BHJ-OSCs)。通过结构、热学、电化学和光伏特性对合成的OMe-BBTz生色团进行了全面分析。观测到合理的HOMO能级(-5.39 eV)和LUMO能级(-3.41 eV)，光学带隙约1.98 eV。采用OMe-BBTz:PC61BM(1:3, w/w)活性层的BHJ-OSCs实现了约3.53%的功率转换效率(PCE)，短路电流密度(JSC)约8.71 mA/cm2，开路电压(VOC)约0.698 V。
关键词： 有机太阳能电池，π-间隔基，苯并噻二唑，结构，薄膜
更新于2025-09-19 17:13:59
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硅掺杂苯并噻唑/SnO2(100)结构特性的理论研究：一种太阳能电池的新型分子设计
摘要： 共轭聚合物因其在大面积异质结太阳能电池中具有较高的功率转换效率而备受关注。基于4-(5-溴噻吩-2-基)-7-(5-((4-壬基-5-乙炔基噻吩-2-基)乙炔基)噻吩-2-基)苯并噻二唑(A4B7BT)，借助硅掺杂技术，在GGA/PW91/DNP水平的密度泛函理论(DFT)辅助下设计了太阳能电池用有机聚合物单体。通过对比筛选稳定构型、稳定能及前线轨道能隙发现：当A4B7BT中苯并噻二唑单元的1、3、5位碳原子同时被3个硅原子取代时，A4B7BT-3Si构型最优。为深入探究硅掺杂A4B7BT的光伏特性，结合DFT与周期性平板模型研究了SnO2(100)表面吸附的A4B7BT-xSi(x=1-6)体系，详细讨论了其稳定结构、Mulliken电荷、前线轨道、能带结构及态密度。结果表明SnO2(100)-A4B7BT-3Si体系的能隙(1.17 eV)接近单晶硅，本研究为未来光伏材料的战略开发提供了潜在指导。
关键词： 密度泛函理论，硅掺杂，4-(5-溴噻吩-2-基)-7-(5-((4-壬基-5-乙炔基噻吩-2-基)乙炔基)噻吩-2-基)苯并噻二唑，SnO2 (100)表面
更新于2025-09-16 10:30:52
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基于苯并噻二唑的新型有机材料用于光伏应用太阳能电池
摘要： 本研究基于苯并噻二唑合成了共轭聚合物，采用密度泛函理论(DFT)分别对基态和激发态的结构、电子及光学性质进行量子化学计算（基态使用CAM-B3LYP/6-31G(d,p)基组）。这些结果将用于探究苯并噻二唑取代基对聚合物电子及光电子性质的影响。通过计算这些化合物的最高占据分子轨道(HOMO)与最低未占分子轨道(LUMO)能级，并与富勒烯C60[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯的LUMO能级对比，评估其作为体异质结(BHJ)小分子-富勒烯太阳能电池电子给体的效能。吸收能量通过激发态优化S构型的含时密度泛函理论(TD-DFT)计算获得。理论结果表明，苯并噻二唑基团的引入显著改善了所研究的交替供体-受体-供体共轭体系的电子及光电子性质。
关键词： 苯并噻二唑，体异质结，密度泛函理论，光电性质，光伏电池
更新于2025-09-12 10:27:22
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用于染料敏化太阳能电池的高效近红外卟啉，其含有三苯胺取代的蒽基供电子基团
摘要： 我们合成了三种以4-(10-乙炔基蒽-9-基)-N,N-二苯基苯胺为扩展π共轭给体、并系统化改变受体基团的卟啉染料（分别为：2-氰基-3-(5-甲基噻吩-2-基)丙烯酸(LG19)、2-氰基-3-(5-(7-甲基苯并[c][1,2,5]噻二唑-4-基)噻吩-2-基)丙烯酸(LG20)和2-氰基-3-(4-(7-甲基苯并[c][1,2,5]噻二唑-4-基)苯基)丙烯酸(LG21)），并将其应用于染料敏化太阳能电池(DSSCs)。通过多种光谱和电化学技术对这些敏化剂进行了表征。与LG19和LG21相比，LG20的吸收峰显著红移至707 nm。光学、电化学及理论研究表明，LG20和LG21的最低未占分子轨道(LUMO)比LG19更接近TiO2导带。LG20和LG21的入射单色光子-电子转换效率(IPCE)分别在486 nm和482 nm处达到81%和83%，起始波长红移至900-980 nm。得益于LG20敏化剂有利的红移吸收特性，所制备DSSC实现了10.0%的高光电转换效率(PCE)，高于LG19(8.51%)和LG21(9.04%)电池。因此，扩展π共轭给体、锚定基团、苯并噻二唑辅助受体以及十二烷氧基的存在显著提升了液态氧化还原电解质器件的效率。最后，我们通过强度调制光电压谱和纳秒瞬态研究阐释了这些敏化剂的设计与效率关系。
关键词： 苯并噻二唑、染料敏化太阳能电池、扩展的p-共轭供体、功率转换效率、卟啉染料
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于二噻吩并吡咯并苯并噻二唑的有机染料中电子给体与受体的作用对高效准固态染料敏化太阳能电池的影响
摘要： 合成了三种以二噻吩并吡咯并苯并噻二唑为π桥的新型有机染料H1-3，并将其应用于准固态染料敏化太阳能电池。研究了不同电子受体对敏化剂光物理、电化学及光伏性能的影响。结果表明，在受体部分引入吸电子单元苯并噻二唑能显著增强染料的光捕获能力。此外，受体中引入的苯并噻二唑基团可增加LUMO能级的π电子分布，这有助于光生电子注入TiO2薄膜。评估了不同电子给体对电池性能的影响，发现二己氧基取代三苯胺更有利于抑制分子间聚集和电子复合。最终，以1 mM鹅去氧胆酸为共吸附剂的H2染料敏化准固态太阳能电池获得了7.56%的功率转换效率，在相同条件下接近N719染料（7.66%）的水平。
关键词： 苯并噻二唑，电子给体，准固态染料敏化太阳能电池，功率转换效率，二噻吩并吡咯并苯并噻二唑
更新于2025-09-11 14:15:04
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四种含芴为电子给体、苯并三唑、苯并噻二唑和吡啶并[3,4-b]吡嗪为电子受体的无规共聚物的合成与表征
摘要： 成功合成了四种以芴为电子给体、苯并三唑、苯并噻二唑和吡啶并[3,4-b]吡嗪为电子受体的无规共聚物。随后通过循环伏安法(CV)、电化学光谱、动力学、比色法和热重分析等一系列表征手段，全面研究了所得共聚物的性能。它们的带隙分别为1.87 eV、1.91 eV、1.97 eV和1.98 eV。从中性态到氧化态，PFPP由蓟紫色变为透明灰色，PBTFPP由棕褐色变为透明灰色，PBTFBD由黄褐色变为浅石板灰，PBDFBD由玫瑰棕色变为浅灰色。在近红外区域，其着色效率分别为：PFPP 269.91 cm2·C?1，PBTFPP 177.45 cm2·C?1，PBTFBD 241.92 cm2·C?1，PBDFBD 174.67 cm2·C?1。除PFPP外，其余三种共聚物均具有稳定性，是电致变色应用的优良候选材料。
关键词： 苯并噻二唑、芴、苯并三唑、导电聚合物、吡啶并[3,4-b]吡嗪
更新于2025-09-10 09:29:36
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不同供体取代苯并噻唑基敏化剂的电光特性表征，用于高效染料敏化太阳能电池
摘要： 在本研究中，我们合成了三种新型有机敏化剂，其基于与相似桥连基团和受体单元共轭的多种给体基团。我们系统研究了具有共同桥连基团和锚定基团的给体基团对光学性能、电化学特性、染料敏化太阳能电池性能及电子转移界面性质的影响，并通过密度泛函理论定量分析了给体基团对结构几何形态、能级分布以及HOMO到LUMO能级间能量传递的作用。其中B2敏化剂含有高度共轭的强吸电子基团，其给体基团向锚定基团的电子转移速率显著快于其他两种敏化剂，该敏化剂在标准太阳光照射下实现了6.23%的光电转换效率。IPCE光谱清晰揭示了给体基团对器件性能的影响。研究还发现，以胆甾烯基甲酸（CDCA）作为共吸收剂可显著提升敏化剂溶液性能，使电池效率达到最高值6.68%。共吸收剂能有效抑制敏化剂聚集，提高电子注入产率从而增大短路电流（Jsc）。通过电化学阻抗谱分析器件界面动力学特性，采用等效电路拟合计算得出电子寿命、界面电荷转移电阻及复合电阻等参数。此外，该高性能器件在持续标准太阳光照射下展现出长达700小时的稳定性。
关键词： 敏化剂、无金属染料、苯并噻二唑、给体的影响、染料敏化太阳能电池（DSSCs）
更新于2025-09-09 09:28:46