摘要：有机太阳能电池(OPV),具有质量轻、可成本低制备等优势,是一种具有实际应用潜力的光伏技术。有机太阳能电池活性层可以由共轭聚合物或溶液可加工的小分子材料(给体与受体)共混组成。由于小分子材料具有明确的分子结构,纯度可控及无批次差别影响的特点;并结合近年来非富勒烯小分子受体的快速发展,使得非富勒烯全小分子(NF-SM-OPV)电池研究受到广泛关注。由于大部分A-D-A型非富勒烯受体分子具有各向异性的特点,这使激子解离和电荷传输,很大程度上受分子间堆积方式的影响,导致非富勒烯全小分子电池活性层形貌调控更加复杂。虽然非富勒烯小分子太阳能电池具有非富勒烯受体材料和小分子材料的双重优势,但高效率非富勒烯小分子太阳能电池的制备,仍具有很大挑战。因此,本文总结近年来高性能非富勒烯小分子太阳能电池的相关进展。着重介绍针对非富勒烯受体的给体小分子材料设计工作,并在此基础上近一步讨论非富勒烯小分子太阳能电池面临的挑战与展望。

摘要：由于在检测、药物输运、分子马达等领域具有广阔的应用前景,二维柔性响应Janus材料受到了广泛的关注。但遗憾的是,这些二维材料的响应形变的分子机理仍不明确。基于此,我们采用介观尺度的耗散粒子动力学模拟方法系统研究了Janus纳米片两侧接枝不同长度和不同溶剂相容性的高分子链对Janus纳米片形变的影响。我们发现由于构象熵和混合焓的共同作用,通过对接枝链长度和溶剂相容性的调整,Janus纳米片可以形成如反相包覆、信封装包覆和碗状等新奇的结构。我们的理论结果首次提供了对二维柔性Janus材料可控形变的基本认识,并预报了设计合成新型Janus纳米器件在药物和生物医学领域的潜在应用。

摘要：合成了5,8-二溴蒽醌-2,3-二羧酸,进一步制备出相应的酸酐和一个新的电子受体——N-(1-己基庚基)-5,8-二溴蒽醌-2,3-二羧酸酰亚胺.该化合物的活性很高,可通过钯配合物催化的偶联反应与不同的电子给体进行聚合获得相应的给受体型共轭聚合物.在计算机模拟的辅助下,设计合成了2个聚合物.聚合物P1选用苯并双噻吩衍生物作为电子给体基元,而P2在P1的基础上,选用3,4-乙烯二氧噻吩作为连接基元,两个聚合物的吸收波长覆盖整个可见光区.聚合物的LUMO(最低未占分子轨道)能级在-3.85 eV左右,且具有很好的溶解性,可与(6,6)-苯基-C61-丁酸甲酯掺杂制备出体异质结光探测器件.P2制备的光探测器件,在-4 V的偏压下,505 nm处EQE为26%,相应的归一化探测率(D*)为2.2×1011Jones.

摘要：为了不断提高聚合物太阳能电池的光电转化效率,研究人员设计并合成了种类众多的给/受体单元来制备共轭聚合物材料.其中,基于苯并[1.2-b:4,5-b′]二噻吩(BDT)单元的聚合物材料在有机太阳能电池器件中取得了十分突出的光电转化效率,显示了巨大的应用前景.相比于柔性侧基(如烷氧基或烷基)取代的BDT单元而言,基于二维共轭结构BDT的共轭聚合物通常有更好的热稳定性,更宽的吸收光谱,较低的HOMO能级以及更高的空穴迁移率,因而表现出更加优异的光伏性能,最近报道的由二维共轭BDT单元共聚物制备的聚合物太阳能电池可以获得10%以上的光电转化效率.本文首先简要介绍了二维共轭结构BDT单元的合成方法,然后总结了近年来基于二维共轭结构BDT单元的共轭聚合物及其在太阳能电池中的应用.

摘要：聚电解质的表界面行为调控(如表面吸附和黏附)在黏合剂设计、胶体稳定/聚沉、海水淡化和生物医药材料研发等多个领域发挥着举足轻重的作用.聚电解质的浓度、刚性、序列结构、盐浓度和表面性质等可设计参数显著影响着聚电解质的表界面微观结构,进而决定聚电解质溶液的表界面热力学性质.为了加速高性能聚电解质材料的发展,利用理论方法(如自洽场理论和密度泛函理论等)和计算机模拟(如蒙特卡罗模拟和分子动力学模拟等)等手段开展高通量、系统性的研究是非常必要的.本文总结了近年来聚电解质溶液的表界面热力学性质的相关理论和模拟研究进展,同时也对该领域未来的发展趋势进行了总结与展望.

摘要：聚合物太阳能电池因其易于加工、可制备成柔性器件、材料来源广泛等优点得到材料界和能源界的广泛关注。有机太阳能电池效率的不断提高主要得益于材料的发展和电池器件结构的优化。从材料设计角度考虑,种类众多的给体和受体单元被开发用来构建有机共轭分子,其中,苯并噻二唑单元由于共轭平面较大和吸电子性较强的特性被广泛用于构建高性能的有机太阳能电池材料。基于此,本文首先介绍了苯并二噻吩单元及其衍生物常见的合成方法,随后总结了其在构建聚合物给体方面的应用,最后对其后续发展方向和前景提出了展望。

摘要：聚合物太阳能电池由于制备工艺简单、重量轻、成本低廉、可制备大面积柔性器件等优点,成为新能源和材料科学中的重要研究方向.经过近10年的发展,聚合物太阳能电池的能量转换效率从2005年的5%提高到目前的10%左右,然而聚合物太阳能电池的活性层形貌仍是制约其能量转换效率的一个重要方面.本文围绕聚合物太阳能电池结构与性能的关系,重点介绍了活性层材料的分子设计(共轭主链调制、烷基侧链优化等)和加工方法(热退火、添加剂、三元溶剂、绿色溶剂等)对其微观形貌的影响,并展望了聚合物太阳能电池未来的发展趋势以及面临的关键挑战.

摘要：在以结晶性聚合物为基体树脂的纤维或织物增强复合材料中,经常出现横穿结晶(横晶)界面相。本文综述了近年来对纤维增强树脂基复合材料中横穿结晶的研究,内容包括横晶的概念,纤维表面诱导成核的机理,纤维诱导成核的能力和条件,横晶的生长和终止以及横晶的力学效应等。在不同的树脂/纤维复合材料体系中,由于其横穿结晶本身和本体球晶在尺寸和数目比例等方面呈现各不相同的复杂局面,横晶对复合材料性能的影响显得复杂。通过各种手段调控横晶的形态、尺寸及数量,使横晶的存在有利于复合材料整体性能的提高,是进行纤维增强结晶性聚合物基复合材料设计时应该遵循的一个基本原则。

摘要：有机太阳能电池(OSCs)活性层中的给体材料主要包括共轭聚合物与有机小分子,由于有机小分子给体具有结构确定、易于提纯、重复性高等独特的优势,近年来受到研究工作者的广泛关注。本工作中,我们采取具有良好共平面性的三联苯并二噻吩(TriBDT-T)为推电子(D)中心共轭单元,分别以罗丹宁(RN)、氰基罗丹宁(RCN)和1,3-茚二酮(IDO)为拉电子(A)共轭端基,设计并合成了三种具有A-D-A型结构的小分子给体材料TriBDT-T-RN、TriBDT-T-RCN和TriBDT-T-IDO。我们对比研究了三种端基对其热分解温度、吸收光谱和分子能级等基本性能的影响,并分别将三种小分子给体与非富勒烯型受体材料IT-4F共混制备器件,详细研究了活性层形貌与光伏性能之间的关系。结果表明,不同的A型端基对小分子给体材料的光学性能、电化学性能、光伏器件中活性层的微观形貌以及能量转换效率(PCE)产生显著影响。基于TriBDTT-RN:IT-4F、TriBDT-T-RCN:IT-4F和TriBDT-T-IDO:IT-4F的光伏器件的能量转换效率分别为9.25%、6.31%和6.18%。