有机太阳能电池(organic solar cell,OSC)是由有机材料构成活性层的太阳能电池.苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene,BDT)由于具有较大的刚性平面共轭结构,可以显著提高π电子的离域能力和分子间的π-π...有机太阳能电池(organic solar cell,OSC)是由有机材料构成活性层的太阳能电池.苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene,BDT)由于具有较大的刚性平面共轭结构,可以显著提高π电子的离域能力和分子间的π-π相互作用,且易化学修饰,合成方便,成为太阳能电池给体材料研究中的一个"明星分子"单元.目前,已报道的基于BDT共轭单元的有机光伏器件(organic photovoltaic device,OPV)的光电转化效率(power conversion efficiency,PCE)最高已达到9.95%,应用前景巨大.综述了BDT基小分子有机太阳能电池(small molecule organic solar cell,SM-OSC)活性层材料近年来的研究进展,并简要分析了小分子由于主链、侧链、封端基团的差异对器件性能的不同影响.展开更多
设计和合成结构新颖的聚合物太阳能电池给体材料是有机电子学的热点研究领域.首先利用二噻吩取代的苯并二噻吩(DBDT)作为富电子结构单元,吡咯并吡咯二酮(DPP)作为缺电子单元构筑了一种新的聚合物太阳能电池电子给体材料(PDBDTDPP),然后...设计和合成结构新颖的聚合物太阳能电池给体材料是有机电子学的热点研究领域.首先利用二噻吩取代的苯并二噻吩(DBDT)作为富电子结构单元,吡咯并吡咯二酮(DPP)作为缺电子单元构筑了一种新的聚合物太阳能电池电子给体材料(PDBDTDPP),然后以[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)作为电子受体,借助密度泛函理论(DFT)方法结合不相干的Marcus-Hush电荷传输模型,系统研究了PC61BM-DBDTDPPn=1,2,3,∞体系的分子结构、电子性质、光吸收性质、电荷转移的内重组能和外重组能、激子结合能、电荷传输积分、给体-受体界面上激子分离和电荷复合速率等性质,并利用线性回归方法分析了聚合物重复单元与其光伏性质的关系.结果表明,该聚合物具有较好的平面结构,低的最高占据分子轨道(HOMO)能级,在紫外-可见区具有宽且强的光学吸收、较大的激子束缚能(1.365 e V),小的激子分离内重组能(0.152 e V)和电荷复合内重组能(0.314 e V).在给体-受体界面上,激子分离速率高达1.073×1014 s-1,而电荷复合速率仅为1.797×108 s-1.相比较而言,激子分离速率比电荷复合速率高约6个数量级,表明在给体-受体界面上,光生激子具有很高的分离效率.总之,研究证明PDBDTDPP是一个非常有前途的聚合物太阳能电池给体材料,值得实验上进一步合成及器件化研究.理论研究不仅有助于更深入理解有机化合物结构与其光学、电子性质之间的关系,还可以为合理设计聚合物太阳能电池给体材料提供有价值的参考.展开更多
热电材料可以将热能直接转化为电能,在回收利用废热发电领域有巨大潜力。相比于无机热电材料,有机热电材料具有机械柔性,适用于智能穿戴设备。利用具有优良平面性的噻吩基异靛青(TIIG)和含有烷氧噻吩侧链的苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩...热电材料可以将热能直接转化为电能,在回收利用废热发电领域有巨大潜力。相比于无机热电材料,有机热电材料具有机械柔性,适用于智能穿戴设备。利用具有优良平面性的噻吩基异靛青(TIIG)和含有烷氧噻吩侧链的苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(BDT-TO)分别为电子受体和电子给体,设计合成了一种新型给受体(D-A)共轭聚合物。该聚合物有优良的溶解性和热稳定性以及较窄的带隙。聚合物薄膜经过FeCl_(3)/CH_(3)NO_(2)氧化掺杂后,电导率最高可达1.80 S cm^(-1),最优热电性能0.23μW m^(-1) K^(-2)。展开更多
Three conjugated polymers based on thienyl-substituted benzodithiophene(BDT) and 4,7-bis-thienyl-benzothiadiazole(DTBT) with varied substitution positions of the alkyl side chains were synthesized to investigate the c...Three conjugated polymers based on thienyl-substituted benzodithiophene(BDT) and 4,7-bis-thienyl-benzothiadiazole(DTBT) with varied substitution positions of the alkyl side chains were synthesized to investigate the correlations between the structure and photovoltaic performance of the polymer photovoltaic materials.The three polymers named PBDTDTBT-p,PBDTDTBT-o and PBDTDTBT-m were characterized by a set of methods including absorption spectroscopy,cyclic voltammetry,thermogravimetric analysis,X-ray diffraction,density functional theory and photovoltaic measurements.The results show that the steric hindrance caused by the different substitution positions of the alky chains has a significant influence on the photovoltaic properties of the polymers.The open-circuit voltage(Voc) of the photovoltaic devices based on the three polymers could range from 0.67 to 0.90 V.Clearly,this finding provides us a feasible strategy to optimize the photovoltaic properties by simply changing the positions of the alkyl chains.展开更多
文摘设计和合成结构新颖的聚合物太阳能电池给体材料是有机电子学的热点研究领域.首先利用二噻吩取代的苯并二噻吩(DBDT)作为富电子结构单元,吡咯并吡咯二酮(DPP)作为缺电子单元构筑了一种新的聚合物太阳能电池电子给体材料(PDBDTDPP),然后以[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)作为电子受体,借助密度泛函理论(DFT)方法结合不相干的Marcus-Hush电荷传输模型,系统研究了PC61BM-DBDTDPPn=1,2,3,∞体系的分子结构、电子性质、光吸收性质、电荷转移的内重组能和外重组能、激子结合能、电荷传输积分、给体-受体界面上激子分离和电荷复合速率等性质,并利用线性回归方法分析了聚合物重复单元与其光伏性质的关系.结果表明,该聚合物具有较好的平面结构,低的最高占据分子轨道(HOMO)能级,在紫外-可见区具有宽且强的光学吸收、较大的激子束缚能(1.365 e V),小的激子分离内重组能(0.152 e V)和电荷复合内重组能(0.314 e V).在给体-受体界面上,激子分离速率高达1.073×1014 s-1,而电荷复合速率仅为1.797×108 s-1.相比较而言,激子分离速率比电荷复合速率高约6个数量级,表明在给体-受体界面上,光生激子具有很高的分离效率.总之,研究证明PDBDTDPP是一个非常有前途的聚合物太阳能电池给体材料,值得实验上进一步合成及器件化研究.理论研究不仅有助于更深入理解有机化合物结构与其光学、电子性质之间的关系,还可以为合理设计聚合物太阳能电池给体材料提供有价值的参考.
文摘热电材料可以将热能直接转化为电能,在回收利用废热发电领域有巨大潜力。相比于无机热电材料,有机热电材料具有机械柔性,适用于智能穿戴设备。利用具有优良平面性的噻吩基异靛青(TIIG)和含有烷氧噻吩侧链的苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(BDT-TO)分别为电子受体和电子给体,设计合成了一种新型给受体(D-A)共轭聚合物。该聚合物有优良的溶解性和热稳定性以及较窄的带隙。聚合物薄膜经过FeCl_(3)/CH_(3)NO_(2)氧化掺杂后,电导率最高可达1.80 S cm^(-1),最优热电性能0.23μW m^(-1) K^(-2)。
基金supported by the National Basic Research Program(2014CB643500)the National Natural Science Foundation of China(91333204 and 51261160496)the Chinese Academy of Sciences(XDB12030200 and KJZDEW-J01)
文摘Three conjugated polymers based on thienyl-substituted benzodithiophene(BDT) and 4,7-bis-thienyl-benzothiadiazole(DTBT) with varied substitution positions of the alkyl side chains were synthesized to investigate the correlations between the structure and photovoltaic performance of the polymer photovoltaic materials.The three polymers named PBDTDTBT-p,PBDTDTBT-o and PBDTDTBT-m were characterized by a set of methods including absorption spectroscopy,cyclic voltammetry,thermogravimetric analysis,X-ray diffraction,density functional theory and photovoltaic measurements.The results show that the steric hindrance caused by the different substitution positions of the alky chains has a significant influence on the photovoltaic properties of the polymers.The open-circuit voltage(Voc) of the photovoltaic devices based on the three polymers could range from 0.67 to 0.90 V.Clearly,this finding provides us a feasible strategy to optimize the photovoltaic properties by simply changing the positions of the alkyl chains.
