摘要：降低有机光伏材料成本是实现有机太阳能电池工业化生产迫切需要解决的问题。本研究设计合成了一种结构简单、合成成本低的三嗪基缺电子单元(BTTz),与易于获得的3,3′-二氟联噻吩(DFT)给电子单元共聚,开发了一种新型宽带隙聚合物给体材料聚[(2,6-(3,3′-二氟)二噻吩)-alt-(2,4-双(4-(2-丁基辛基)噻吩-2-基)-6-甲氧基-1,3,5-三嗪)](PDFBTTz)。通过热重分析、紫外-可见吸收光谱法和循环伏安法对其特性进行表征,聚合物PDFBTTz展现出适当的吸收范围(350~600 nm),宽的光学带隙(2.06 eV),以及合适的最高占据分子轨道能级(-5.49 eV)。基于聚合物PDFBTTz优异的光物理性质,选取具有能级匹配和吸收光谱互补的IT-4F作为受体材料,制备的有机太阳能电池器件能量转化效率为3.49%,其开路电压为0.75 V,短路电流密度为10.89 mA·cm^(-2),填充因子为43.36%。上述结果表明BTTz是构筑宽带隙聚合物的有效缺电子单元,同时对该单元进行合理的结构裁剪有望获得更高效的聚合物给体材料。

摘要：对小分子给体进行氟代,往往能够通过拉深其最高占据分子轨道(HOMO)能级来提高光伏器件的开路电压,从而有助于获得更高的光电转化效率。本工作设计合成了含3′,4′-二氟-3,3″-二辛基三联噻吩结构的新型共轭单元,并通过Stille偶联、Knoevenegal缩合等反应进一步合成了以噻吩取代侧链的苯并二噻吩为核心、氟代三联噻吩为共轭桥、罗丹宁为封端基团的新型小分子电子给体光伏材料(命名为BDT4F-RO)。此分子的结构和初步的理化性能分别通过核磁共振波谱(^(1)H NMR、^(13)C NMR、^(19)F NMR)、紫外-可见吸收光谱、循环伏安法和热重分析等进行测试表征。结果表明:薄膜状态下的BDT4F-RO在300~700 nm均有较强的吸收,吸收边界位于690 nm。与不含氟原子的类似物BDT-RO相比,BDT4F-RO具有较深的HOMO能级,这也使得对应的光伏器件有更高的开路电压(0.95 V)。但是总体的效率上BDT4F-RO远逊于BDT-RO,这可能是氟原子的引入使得BDT4F-RO与受体分子IDIC的混溶性较差所致。

摘要：光伏热致变色智能窗采用钙钛矿材料并结合其热致变色和光伏特性,既可调控不同温度下的太阳光透过率,又可将吸收的光能转化为可用的电能.在此,我们利用经过优化的后退火工艺设计了一个结构为氟掺杂氧化锡(FTO)/SnO_(2)/CsPbIBr_(2)/NiO_(x)/铟锡氧化物(ITO)的半透明太阳能电池,在最佳条件下其平均可见光透过率为33.2%,光电转化效率为3.89%.同时,基于CsPbIBr_(2)的热致变色特性,我们发现当其由高温着色相转变为低温透明相时,器件的平均可见透过率可从33.2%提高至73.5%.此外,高温相向低温相的转变受湿度主导.当相对湿度从50%上升至90%时,钙钛矿相变时间从1005分钟大幅度下降至17分钟.然而,过高的湿度导致的过快相变会破坏钙钛矿的薄膜形貌和晶体结构,这将对CsPbIBr_(2)钙钛矿造成不可逆损伤.这项工作为半透明光伏和热致变色智能窗的应用提供了重要参考,并可预见这一领域将进一步助力降低建筑和汽车能耗.

摘要：本文分别将正辛基和正辛氧基苯基作为Flu(nDPP)_(2)和Flu(phDPP)_(2)的侧链,设计合成了2种基于芴-吡咯并吡咯二酮的有机小分子给体材料Flu(nDPP)_(2)和Flu(phDPP)_(2).以此来探讨侧链修饰对分子光伏性能的影响.通过紫外-可见光吸收谱图、循环伏安曲线和光伏器件的J-V曲线和外量子效率谱图等测试方法对两者的光学性质、电化学性质以及光伏性能等方面进行表征.结果表明,Flu(nDPP)_(2)和Flu(phDPP)_(2)在氯仿溶液状态下呈现了相似的光吸收谱图,但是在薄膜状态下,Flu(nDPP)_(2)的边缘吸收波长比Flu(phDPP)_(2)的红移程度更大,表明Flu(nDPP)_(2)在薄膜状态下形成了更为紧密的堆积方式.此外,Flu(nDPP)_(2)和Flu(phDPP)_(2)分别获得了1.86和1.88eV较为理想的电化学带隙.将2种给体材料分别与PC_(71)BM进行混合制备了有机光伏器件,结果显示,基于Flu(nDPP)_(2):PC_(71)BM和Flu(phDPP)_(2):PC_(71)BM的有机太阳能电池分别获得了4.10%和2.80%的能量转换效率,并且都实现了0.94V的高开路电压.两者能量转换效率的差异主要是因为基于Flu(nDPP)_(2):PC_(71)BM的共混膜比基于Flu(phDPP)_(2):PC_(71)BM的共混膜表现出更有效的光-电响应、更高以及更平衡的载流子迁移率,这也使得基于Flu(nDPP)_(2):PC_(71)BM的器件实现了14.42mA·cm^(-2)的较高的短路电流密度.研究表明,相比于正辛氧基苯基,正辛基在增强分子固体堆积和提升基于芴-吡咯并吡咯二酮给体的光伏性能等方面更有优势.

摘要：采用双氰基茚满二酮为吸电子单元,分别以苯并二噻吩并吡咯和4,4-二甲基三苯胺为给电子单元,设计合成了两种具有给电子-吸电子(D-A)型结构的非对称小分子给体材料D1和D2;通过紫外-可见吸收光谱和循环伏安法研究了这两个小分子给体的光学性能及电化学性质,并考察了由这两个小分子和C 70制备的全小分子有机太阳能电池的光伏性能.研究结果表明:含有稠环给电子单元的小分子给体D1比含有三苯胺给电子单元的D2具有更宽的光学吸收、更低的最高占据分子轨道能级和更好的光伏性能;以D1和D2为给体、C_(70)为受体的可真空蒸镀有机太阳能电池的最高光电转换效率分别为5.03%和3.78%.

摘要：以高度平面共轭的烷基取代三聚茚为中心核,以噻吩基团桥联,在末端连接氰基茚酮作为拉电子基团,设计合成了一类星型受体分子2,2′,2″-{[(5,5,10,10,15,15-己基-10,15-二氢-5H-二茚[1,2-a∶1′,2′-c]芴-2,7,12-三基)三(噻吩-5,2-二基)]三(亚甲基)}三(3-氧杂-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二叉)三丙二腈(NFT-C6)和2,2′,2″-{[(5,5,10,10,15,15-癸基-10,15-二氢-5H-二茚[1,2-a∶1′,2′-c]芴-2,7,12-三基)三(噻吩-5,2-二基)]三(亚甲基)}三(3-氧杂-2,3-二氢-1H-茚-2,1-二叉)三丙二腈(NFT-C10).NFT-C6和NFT-C10的最高占据轨道(HOMO)和最低未占轨道(LUMO)分别位于-5.66和-3.75eV.其薄膜在400~700nm范围内具有较大的吸收强度,最大吸收峰分别位于606和586nm.以聚[(2,6-{4,8-二[5-(2-乙基己基)噻吩-2-基]-苯并[1,2-b∶4,5-b′]二噻吩})-{5,5-(1′,3′-二-2-噻吩基-5′,7′-二(2-乙基己基)苯并[1′,2′-c∶4′,5′-c′]二噻吩-4,8-二酮)}](PBDB-T)为给体材料,以NFT-C6或NFT-C10为受体材料制备了太阳能电池器件,器件在300~700nm之间具有较宽的响应光谱,其光电转换效率(PCE)分别达到1.09%和5.23%.原子力显微镜(AFM)结果表明,PBDB-T和NFT-C10共混制备的光伏器件活性层具有合适的相分离尺寸,有利于激子的有效解离,而PBDB-T:NFT-C6器件的活性层相分离尺寸过大,增加了激子复合的几率,使器件的短路电流、填充因子和PCE降低.研究结果表明,基于三聚茚的星型光伏材料具有一定的应用前景.

摘要：正式MAPbI3 (MA=CH3NH3+)太阳能电池存在明显的电滞效应现象,这严重影响其光伏性能,而反式结构的电池能有效压低电滞效应.使用AMPS-1D程序对反式MAPbI3太阳能电池进行系统理论模拟和优化,分别用Cu2O,CuSCN,NiOx作为空穴传输材料,用PC61BM,TiO2,ZnO作为电子传输材料.数值模拟反式电池光伏性能随MAPbI3材料厚度变化的情况,结果显示ITO/NiOx/MAPbI3/ZnO(或TiO2)/Al太阳能电池的光伏性能最好.ITO的功函数从4.6 eV增加到5.0 eV能显著地提高Cu2O-基和CuSCN-基反式MAPbI3太阳能电池的光伏性能,但对NiOx-基电池光伏性能的提升却很小.实验上ITO功函数更合理范围为4.6-4.8 eV,当ITO功函数达到4.8 eV时NiOx-基反式MAPbI3太阳能电池达到最高效率29.588%.空穴传输材料中空穴迁移率增加能极大地提高反式MAPbI3太阳能电池的光伏性能,而增加电子传输材料TiO2中电子迁移率几乎不能提高电池的性能.这些模拟结果将有助于实验上设计更高性能的反式MAPbI3太阳能电池.

摘要：设计合成了三种以树枝状和3D三苯胺衍生物为给体单元,苯甲酸为受体单元,苯并噻二唑(BT)或双氟苯并噻二唑(DFBT)作为第二受体单元的有机染料,系统研究了不同给体和第二受体单元对染料敏化剂的光物理性能、电化学性能和光伏性能的影响.以树枝状三苯胺衍生物为给体单元的有机染料具有较高的摩尔吸收系数,以3D三苯胺衍生物(IDTTPA)为给体单元的有机染料具有较宽的吸收光谱.基于三种有机染料的染料敏化太阳能电池分别获得了5.27%,4.22%和5.50%的能量转换效率.采用1 mmol·L-1鹅去氧胆酸(CDCA)共吸附剂对电池进行优化后,三种染料的能量转换效率分别提升到5.46%,4.98%和6.26%.

摘要：聚噻吩(PT)衍生物由于简单易合成和较好的光电性能,被广泛运用于有机太阳能电池(OSCs)中,但PT较高的能级限制了其在非富勒烯类OSCs的应用。为了降低PT的能级结构,本研究将噻唑单元引入到聚噻吩主链中,设计并合成了新型聚合物给体材料PBTzCl-T。通过紫外-可见吸收光谱、电化学循环伏安法及密度泛函理论(DFT)计算等对聚合物的结构、光学和电学性能进行了表征,并对制备的光伏器件进行了光电性质研究。结果表明:噻唑的引入能够有效降低聚合物的HOMO和LUMO能级,从而提高光伏器件的开路电压。PBTzCl-T在不同溶剂中表现出不同的预聚集行为,进而影响聚合物给受体界面处的电荷转移能力和活性层形貌,导致光伏器件的短路电流和填充因子变化。

摘要：设计和制备结构为FTO玻璃/TiO_2致密层/TiO_2介孔层/CH-3NH_3PbI_3吸收层/C电极的钙钛矿太阳能电池。采用两步法制备CH_3NH_3PbI_3吸收层:首先通过旋涂技术制备PbI_2薄膜,然后将PbI_2薄膜在浓度为0.044 mol/L的甲基碘化胺/异丙醇(MAI/IPA)溶液中分别浸泡反应0.5 h、2.5 h、3.5 h和4.0 h后获得CH3NH3PbI_3吸收层。研究了浸泡反应时间对CH_3NH_3PbI_3吸收层的结构和形貌以及对电池光伏性能的影响。结果表明:PbI_2薄膜在MAI/IPA溶液中反应后形成四方结构的CH_3NH_3PbI_3晶粒,当浸泡反应3.5 h时,CH_3NH_3PbI_3晶粒的平均尺寸最大,均匀性较好;XRD图谱中只有CH_3NH_3PbI_3的特征峰,而PbI_2的特征峰完全消失。同时,该条件下制备的钙钛矿太阳能电池的光伏性能最佳,其开路电压0.881 V、短路电流密度达到22.17 mA/cm^2,光电转化效率6.79%,且在整个可见光区的光子-电子的转换效率接近50%。