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稠环电子受体光伏材料 被引量:18
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作者 代水星 占肖卫 《高分子学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2017年第11期1706-1714,共9页
基于非富勒烯受体的有机太阳能电池是化学和材料领域的热点前沿之一,中国领跑这个热点前沿.中国学者在非富勒烯受体材料方面取得了一系列重要的创新成果.我们提出了"稠环电子受体(FREA)"这一新概念,构建了高性能稠环电子受体... 基于非富勒烯受体的有机太阳能电池是化学和材料领域的热点前沿之一,中国领跑这个热点前沿.中国学者在非富勒烯受体材料方面取得了一系列重要的创新成果.我们提出了"稠环电子受体(FREA)"这一新概念,构建了高性能稠环电子受体新体系,发明了明星分子ITIC.我们的原创性工作引起了国内外同行的广泛关注和跟进.目前,基于稠环电子受体的有机太阳能电池效率已达到13%~14%,超过富勒烯体系.ITIC等稠环电子受体的出现颠覆了富勒烯受体在有机太阳能电池领域的统治地位,开创了有机太阳能电池的非富勒烯时代.本文简要评述了我们在高性能稠环电子受体设计与器件应用中的研究进展,并展望稠环电子受体的未来发展. 展开更多
关键词 稠环电子受体 非富勒烯受体 有机太阳能电池
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通过非共价构象锁定和端基工程策略设计高效率的A-D-A型稠环电子受体 被引量:9
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作者 冯诗语 路皓 +3 位作者 刘泽坤 刘亚辉 李翠红 薄志山 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2019年第4期355-360,共6页
近年来,非富勒烯太阳能电池的发展迅猛。目前报道的高效率的非富勒烯稠环电子受体主要采用受体-给体-受体(A-D-A)型结构。本工作中,我们在给受体间引入3,4-二己氧基噻吩作桥,用5,6-二氯-3-(二氰基亚甲基)靛酮作端基设计合成了一种新的... 近年来,非富勒烯太阳能电池的发展迅猛。目前报道的高效率的非富勒烯稠环电子受体主要采用受体-给体-受体(A-D-A)型结构。本工作中,我们在给受体间引入3,4-二己氧基噻吩作桥,用5,6-二氯-3-(二氰基亚甲基)靛酮作端基设计合成了一种新的稠环电子受体(ITOIC-2Cl)。一方面,可以通过S···O和O···H等作用在分子内形成非共价键构象锁促进分子的平面性;另一方面,通过增加端基的缺电子性可以增强分子内的电荷迁移。在两者的协同作用下,ITOIC-2Cl的光谱吸收拓宽到近红外区,这有利于获得宽的光谱响应。将ITOIC-2Cl与一种吸收互补的给体聚合物(PBDB-T)共混制备活性层,我们用原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)表征其形貌,发现共混薄膜可以形成纤维状的互传网络结构和合适纳米尺寸的相分离,这有利于电荷的分离和传输,从而获得高的短路电流(J_(sc))和填充因子(FF)。最终,基于PBDB-T:ITOIC的电池,我们获得了9.37%的光电转换效率,其开路电压(V_(oc))为0.886 V,J_(sc)为17.09 mA·cm^(-2),FF为61.8%。这些研究结果为我们提供了一种设计高效率的非富勒烯稠环电子受体的有效的策略。 展开更多
关键词 非富勒烯 聚合物太阳能电池 稠环电子受体 构象锁定 分子内电荷转移
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非对称稠环光伏电子受体
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作者 司文钦 李腾飞 林禹泽 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期71-82,共12页
近几年,受益于稠环电子受体材料的蓬勃发展,有机太阳能电池的能量转换效率从富勒烯时代的12%迅速提高到非富勒烯时代的20%.其中,非对称结构的分子设计策略发挥了重要作用.本文按照稠环骨架、末端基团和侧链3种非对称分子设计策略,综合... 近几年,受益于稠环电子受体材料的蓬勃发展,有机太阳能电池的能量转换效率从富勒烯时代的12%迅速提高到非富勒烯时代的20%.其中,非对称结构的分子设计策略发挥了重要作用.本文按照稠环骨架、末端基团和侧链3种非对称分子设计策略,综合评述了非对称稠环电子受体的研究进展,并讨论了其中的结构-性能关系;最后,对非对称稠环电子受体的未来发展进行了展望. 展开更多
关键词 非对称分子结构 稠环电子受体 非富勒烯受体 有机太阳能电池
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侧链长度对稠环电子受体光伏性能的影响
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作者 朱景帅 陆恒 +2 位作者 贾博宇 李振 占肖卫 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期362-368,共7页
本文设计合成了一系列不同侧链长度的稠环电子受体ITIC衍生物,研究了侧链长度对光伏性能的影响.随着苯基侧链上烷基从C5不断增长到C10,ITIC系列的最高占据分子轨道(HOMO)能级逐渐下降,最低未占分子轨道(LUMO)能级逐渐升高.溶液中的吸收... 本文设计合成了一系列不同侧链长度的稠环电子受体ITIC衍生物,研究了侧链长度对光伏性能的影响.随着苯基侧链上烷基从C5不断增长到C10,ITIC系列的最高占据分子轨道(HOMO)能级逐渐下降,最低未占分子轨道(LUMO)能级逐渐升高.溶液中的吸收光谱几乎没有变化,而薄膜中的吸收光谱逐渐蓝移,光学带隙增大.电子迁移率逐渐变小.以聚合物J71为电子给体、ITIC系列为电子受体制备的有机太阳能电池器件的开路电压逐渐提高,短路电流密度逐渐减小,填充因子在65.4%~68.4%之间,光电转换效率在9.79%~10.2%之间,其中,含C6~C8侧链的受体展现出较高效率. 展开更多
关键词 有机太阳能电池 非富勒烯受体 稠环电子受体 侧链
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氮桥连星型稠环电子受体的合成与光伏性能
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作者 王卫杰 安睿琪 +3 位作者 王统 吴晓甫 童辉 王利祥 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2104-2112,共9页
采用苯并三(二噻吩并吡咯)为稠环骨架,5,6-二氯-3-(二氰基亚甲基)靛酮为拉电子端基,设计合成了一种氮桥连星型稠环电子受体.利用强给电子苯并三(二噻吩并吡咯)稠环骨架与氯取代拉电子端基结合,增强分子内电荷转移,导致电子受体分子的吸... 采用苯并三(二噻吩并吡咯)为稠环骨架,5,6-二氯-3-(二氰基亚甲基)靛酮为拉电子端基,设计合成了一种氮桥连星型稠环电子受体.利用强给电子苯并三(二噻吩并吡咯)稠环骨架与氯取代拉电子端基结合,增强分子内电荷转移,导致电子受体分子的吸收位于500~800 nm、摩尔消光系数为3.2×10^(5)Mcm、光学带隙为1.56 eV.将其分别与吸收互补的宽带隙聚合物给体PM6和D18共混作为活性层,制备了有机太阳能电池器件.相比PM6为给体,受体分子与D18的共混膜具有更强的结晶性和合适的纤维状互穿网络相分离结构.通过对比两组器件载流子输运与复合特性,发现采用D18作为给体使电荷传输更平衡、复合减弱、激子解离和电荷收集更有效,其电池器件的能量转换效率为12.0%. 展开更多
关键词 星型结构 稠环电子受体 氮桥 有机太阳能电池 能量转换效率
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第三组份端基对有机太阳能电池性能的影响(英文)
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作者 薛佩瑶 张俊祥 +9 位作者 辛景明 RECH Jeromy 李腾飞 孟凯鑫 王嘉宇 马伟 尤为 MARDER Seth R. 韩平畴 占肖卫 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2019年第3期275-283,共9页
我们用宽带隙聚合物FTAZ(苯并二噻吩-二氟苯并氮三唑共聚物)作为给体,窄带隙稠环电子受体FOIC(六噻吩稠环-氟代腈基茚酮类化合物)作为受体,中带隙稠环电子受体IDT-IC (引达醒-腈基茚酮类化合物)和IDT-NC (引达醒-腈基苯并茚酮类化合物)... 我们用宽带隙聚合物FTAZ(苯并二噻吩-二氟苯并氮三唑共聚物)作为给体,窄带隙稠环电子受体FOIC(六噻吩稠环-氟代腈基茚酮类化合物)作为受体,中带隙稠环电子受体IDT-IC (引达醒-腈基茚酮类化合物)和IDT-NC (引达醒-腈基苯并茚酮类化合物)分别作为第三组分,制备了三元共混有机太阳能电池,研究了第三组分端基对器件性能的影响。IDT-IC和IDT-NC具有相似的化学结构,仅端基不同;IDT-IC端基是苯环,而IDT-NC端基是萘环。与IDT-IC相比,IDT-NC吸收光谱红移40nm,LUMO能级下移0.11 eV,电子迁移率提高50%。基于FTAZ:FOIC,FTAZ:IDT-IC,FTAZ:IDT-NC二元共混体系的有机太阳能电池效率分别为9.73%,7.48%,7.68%。FTAZ:FOIC:IDT-IC和FTAZ:FOIC:IDT-NC三元共混器件的效率分别提升到11.2%和10.4%。对于FTAZ:FOIC:IDT-IC三元共混器件,由于IDT-IC比FOIC具有更高的LUMO能级,开路电压(V_(OC))随着IDT-IC含量的增多而增加。由于IDT-IC与FOIC吸收光谱高度互补,短路电流(J_(SC))也显著提高。第三组份IDT-IC的加入改善了薄膜形貌和载流子传输,填充因子(FF)有所提高。对于FTAZ:FOIC:IDT-NC三元共混器件,由于IDT-NC比FOIC具有更高的LUMO能级,V_(OC)随着IDT-NC含量的增多而增加;但由于IDT-NC的LUMO能级比IDT-IC的LUMO能级低,其V_(OC)比FTAZ:FOIC:IDT-IC体系低。由于FOIC和IDT-NC吸收光谱高度重叠,J_(SC)降低。第三组份IDT-NC的加入改善了薄膜形貌和载流子传输,FF提高,甚至比FTAZ:FOIC:IDT-IC体系有更好的载流子传输和FF。 展开更多
关键词 稠环电子受体 非富勒烯受体 有机太阳能电池 端基效应 三元共混
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侧链修饰的新型非稠环电子受体的合成及性能研究
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作者 朱媛芳 余志鹏 《合成化学》 CAS 2023年第4期310-315,共6页
以(4-(2-乙基己基)噻吩-2-基)三甲基锡和二丁基(4-辛基噻吩-2-基)(戊基)锡为原料,通过Stille偶联反应,ilsmeier-Haack反应和Knoevenagel缩合反应合成2种新型非稠环电子受体LC8(直链)和BC8(支链),其结构经过 ^(1)H NMR, ^(13)C NMR和MS... 以(4-(2-乙基己基)噻吩-2-基)三甲基锡和二丁基(4-辛基噻吩-2-基)(戊基)锡为原料,通过Stille偶联反应,ilsmeier-Haack反应和Knoevenagel缩合反应合成2种新型非稠环电子受体LC8(直链)和BC8(支链),其结构经过 ^(1)H NMR, ^(13)C NMR和MS表征。通过UV-Vis, CV, J-V 和EQE研究LC8和BC8受体分子的光学性质和光电性能。结果表明:LC8和BC8在氯仿溶液中的吸收相近,在聚集体中,BC8的吸收呈现显著的红移,拓宽了分子的吸收,捕获了更多的光子;BC8受体分子的LUMO能级和HOMO能级提升;PM6 ∶ LC8和PM6 ∶ BC8器件的光电转换效率分别为7.01%和10.92%,在340~860 nm具有相对广泛的光响应,支链侧基的引入使器件性能发生明显提高。 展开更多
关键词 非稠环电子受体 侧链工程 便捷合成 光电性能 光电转化效率
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Modulating morphology via side-chain engineering of fused ring electron acceptors for high performance organic solar cells 被引量:1
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作者 Fuwen Zhao Dan He +8 位作者 Jingming Xin Shuixing Dai Han Xue Li Jiang Zhixiang Wei Wei Ma Xiaowei Zhan Yongfang Li Chunru Wang 《Science China Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第6期790-796,共7页
In this work, four fused ring electron acceptors(FREAs), 2F-C5, 2F-C6, 2F-C8 and 2F-C10, are developed to investigate the effect of side-chain size on the molecular properties and photovoltaic performance of FREA syst... In this work, four fused ring electron acceptors(FREAs), 2F-C5, 2F-C6, 2F-C8 and 2F-C10, are developed to investigate the effect of side-chain size on the molecular properties and photovoltaic performance of FREA systematically. The elongation of side-chains in the FREAs not only improves their solubility in the processing solvent, but also enhances their miscibility with the donor PBDB-T. It helps the FREA diffuse into the donor PBDB-T during film-formation, thus leading to the decrease in domain size and domain purity from PBDB-T:2F-C5 to PBDB-T:2F-C10 blend films in sequence. The smaller domain size affords more D/A interfaces to benefit exciton dissociation and inhibit monomolecular recombination. However, severe bimolecular recombination occurs when the domain purity decreases to a critical point. Due to the dual function of the increment of side-chain length, both short-circuit current density(J_(SC)) and fill factor(FF) of devices exhibit an evolution of first increasing then decreasing from 2F-C5, 2F-C6, 2F-C8 to 2F-C10 based OSCs. The PBDB-T:2F-C8 based OSCs get a fine balance in morphology with moderate domain size as well as high domain purity simultaneously for the least charge carrier recombination, thus achieving the highest power conversion efficiency of 12.28% with the best J_(SC)(21.27 mA cm^(-2)) and FF(71.96%). 展开更多
关键词 solar cells fused ring electron acceptor SIDE-CHAIN LENGTH MORPHOLOGY
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Fused thienobenzene-thienothiophene electron acceptors for organic solar cells
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作者 Ye Xu Haotian Jiang +5 位作者 Tsz-Ki Lau Jingshuai Zhu Jiayu Wang Xinhui Lu Xiaowei Zhan Yuze Lin 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第10期58-65,共8页
Small molecule ladder-type heteroarenes IHBT-2F is designed and synthesized with strong electrondonating and molecular packing properties, where the central unit, fused thienobenzene-thienothiphene (IHBT), is attached... Small molecule ladder-type heteroarenes IHBT-2F is designed and synthesized with strong electrondonating and molecular packing properties, where the central unit, fused thienobenzene-thienothiphene (IHBT), is attached with the strong electron-deficient 2-(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-inden-1-ylidene)malononitrile (2FIC) as the end group. The counterpart IDBT-2F with indancenodibenzothiophene (IDBT) mainchain is sythesized for comparison, in which thieno[3,2-b]thiophene (TT) core of IHBT is replaced by benzene core. Relative to benzene-core IDBT-2F, TT-core IHBT-2F shows a much higher highest occupied molecular orbital energy level (IHBT-2F:-5.46 eV;IDBT-2F:-5.72 eV) and significantly redshifted absorption, due to the π-donor capability of the sulfur atom, the larger π-conjugation and stronger intermolecular π-π stacking. The as-cast organic solar cells (OSCs) based on blends of PTB7-Th donor and IHBT-2F acceptor without additional treatments exhibit power conversion efficiencies (PCEs) as high as 8.74%, which is much higher than that of PTB7-Th:IDBT-2F (6.73%). 展开更多
关键词 ORGANIC solar cell fused ring electron acceptor Thienobenzene Non-fullerene
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新型稠环电子受体的界面修饰对钙钛矿太阳能电池性能的影响 被引量:1
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作者 杜斌斌 赵大伟 +5 位作者 侯志灼 郑灵灵 刘星雨 陈迪春 高潮 云大钦 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第18期1887-1895,共9页
钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)因具有能量转换效率(power conversion efficiency, PCE)高、成本低、易于大面积制造等优点而被科学家们广泛关注.氧化物电子传输层的合理界面设计及修饰对提高器件的PCE和工作长期稳定... 钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)因具有能量转换效率(power conversion efficiency, PCE)高、成本低、易于大面积制造等优点而被科学家们广泛关注.氧化物电子传输层的合理界面设计及修饰对提高器件的PCE和工作长期稳定性有着十分重要的意义.因此,本文采用一种含有烷基噻吩基侧链的稠环电子受体材料3,9-二(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰甲烯基)-茚酮))-5,5,11,11-四(5-己基噻吩)-二噻吩并[2,3-d:2′,3′-d′]-s-引达省[1,2-b:5,6-b′]二噻吩(3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(5-hexylthienyl)-dithieno[2,3-d:2′,3′-d′]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b′]dithiophene, ITIC-Th)修饰TiO2电子传输层,制备高效稳定的平面结PSCs.研究结果显示,ITIC-Th的界面修饰改善了TiO2薄膜的形貌、接触角等性质,促进了钙钛矿晶粒的高质量生长,大幅度减少了器件表界面的电荷复合,明显提升了光生载流子的抽取率和输运效率,使经ITIC-Th界面修饰的PSC的PCE从未经界面修饰的15.43%显著提高到18.91%.与此同时,器件稳定性的研究结果显示,在室温和湿度为30%的条件下,经ITICTh界面修饰的PSC的PCE在放置约1000 h后依然保持原来的90%,明显高于未经界面修饰的PSC.研究结果对PSC光伏性能的提升具有重要的实际应用价值和学术意义. 展开更多
关键词 稠环电子受体 ITIC-Th 钙钛矿太阳能电池 界面修饰
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