能源高分子材料专辑
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基于苯并二噻吩的萘甲酰亚胺界面材料的合成及光伏性能研究
摘要：高效且稳定的阴极界面层对于提高有机太阳能电池(OSCs)的性能起着至关重要的作用.萘甲酰亚胺分子因其化学结构简单且易于修饰而被用作OSCs阴极界面材料. 由此，本研究设计合成了一种基于苯并二噻吩的萘甲酰亚胺新型共轭小分子NBDT-M，即6'-(4,8-双(5-(2-乙基己基)噻吩-2-基)苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩-2,6-二基)双(2-(3-(1H-咪唑-1-基)丙基)-1H-苯并异喹啉-1,3(2H)-二酮). 与2,9-双(3-(1H-咪唑-1-基)丙基)蒽[2,1,9-def:6,5,10-d'e'f']二异喹啉-1,3,8,10(2H,9H)-四酮(PDI-M)相比，NBDT-M具有优异的醇溶液加工性能，高的最低未占有轨道(LUMO)能级，宽的光学带隙以及低的表面粗糙度. 最终，以NBDT-M为阴极界面层的OSCs获得了18.3%的能量转换效率，高于PDI-M的16.5%.关键词：有机太阳能电池;阴极界面材料;萘甲酰亚胺;苯并二噻吩1312|1128|0<图文摘要><HTML><网络PDF><Enhanced-PDF>更新时间：2025-07-08酯基噻唑对三元共聚物结晶成膜行为的调控及光伏性能研究
摘要：有机太阳能电池(OSCs)的长足进步，得益于非富勒烯受体的快速发展，这也对聚合物给体提出了更高要求. 无规三元共聚策略作为一种简单有效的方法，能够实现对聚合物能级、吸收、结晶性以及聚集行为的微调. 设计并合成了一系列含不同比例噻唑-4-羧酸乙酯(E-Tz)的聚合物给体LTz-0、LTz-5、LTz-10和LTz-15. 随着E-Tz含量的增加，给体聚合物表现出更显著的温度依赖聚集特性、结晶性减弱、HOMO能级逐渐降低，从而实现了共混膜形貌的调控和高开路电压(VOC). 最终，基于LTz-10:Y6的共混膜展现出更均匀的纤维网络结构和优异的电荷传输特性，实现了18.02%能量转换效率(PCE)，较参照系LTz-0提高了13%，为目前基于芳香内酯三元共聚物体系中的领先效率之一. 研究表明，E-Tz的引入能够实现给体聚合物聚集行为的有效调控，并显著提升光伏性能.关键词：有机太阳能电池;三元共聚物;聚合物给体材料;噻唑-4-羧酸乙酯1241|1290|1<图文摘要><HTML><网络PDF><Enhanced-PDF>更新时间：2025-07-08基于多氟聚合物的高性能三元有机太阳能电池
摘要：三元有机太阳能电池有利于调控光谱吸收、薄膜形貌和降低能量损失，从而实现光电转换效率的提升，然而如何选择第三组分调控光伏器件的性能仍面临挑战. 多氟聚合物结晶性高、与多氟非富勒烯受体材料的相容性好，我们把多氟聚合物PFNT-Cl作为第三组分加入到PNTB-HD:N3体系中，20 wt%的加入量可以提高光伏器件的开路电压、短路电流和填充因子，使光电转换效率从17.77%提高到18.45%，并展现更优的器件稳定性. 研究表明多氟聚合物的加入提高了共混薄膜的载流子迁移率，导致纤维状薄膜形貌的形成. 把多氟聚合物PFNT-Cl引入到其它经典体系 PM6:eC9和D18:L8-BO中，也分别把光电转换效率从17.26%、18.95%提到17.93%和19.59%. 该研究揭示将多氟聚合物作为第三组分是制备高性能三元有机太阳电池的高效策略.关键词：有机太阳能电池;多氟聚合物;形貌优化;三元器件1165|1512|0<图文摘要><HTML><网络PDF><Enhanced-PDF>更新时间：2025-07-08共轭外侧链的类型对小分子受体光伏性能的影响
摘要：侧链工程作为一种简便且通用的化学修饰手段，被广泛应用于有机光伏材料的分子设计与性能优化过程中.本工作通过引入β-位取代的2-乙基己氧基噻吩单元和苯环单元到A-DA'D-A类小分子受体(SMAs)的稠环核末端合成了两个新型的受体材料K10和K11，并与前期已发表的受体材料K2 (T2EH)和K5 (P2EH)进行系统的对比，以此来探究共轭外侧链的类型对材料光电特性、分子聚集行为和光伏性能的影响. 与烷基侧链相比，烷氧基侧链的引入能够显著改变材料的能级分布，使得材料的吸收范围发生显著红移；同时也会对分子间的排列堆积产生不利的影响，导致材料的电荷传输能力变差，因此K10和K11的光伏性能均不如K2和K5. 最终，以低成本聚合物PTQ10为给体、K2为受体的有机太阳电池(OSCs)因具有更高且更平衡的载流子迁移率、更高效的激子解离和电荷收集，实现了18.94%的能量转换效率(PCE). 该工作证实了精细调控A-DA'D-A类SMAs外侧链对提升材料光伏性能的重要性和可行性.关键词：有机太阳电池;小分子受体;侧链工程;分子聚集;空穴转移1256|1580|1<图文摘要><HTML><网络PDF><Enhanced-PDF>更新时间：2025-07-08基于4-氰基噻唑单元的聚合物给体材料设计合成及其光伏性能研究
摘要：从结构简单、可商业购买的原料2-溴-4-氰基噻唑出发，本文作者设计合成了以4-氰基噻唑作为受体单元的聚合物给体材料PBTTzCN和PBTTzCN2Cl. 由于氰基和噻唑单元的协同吸电子性质，所开发聚合物给体PBTTzCN和PBTTzCN2Cl都展现出低最高占有轨道(HOMO)，宽能隙. PBTTzCN与非富勒烯小分子受体材料L8-BO共混制备的活性层薄膜具有良好的相分离形貌，可实现优异的电荷传输性能，相应器件的能量转化效率(power conversion efficiency，PCE)达到了14.22%. 然而，基于PBTTzCN2Cl:L8-BO的活性层体系展现出2.02%的PCE，这可能是由于PBTTzCN2Cl的HOMO能级远低于L8-BO的HOMO能级，导致了该体系具有极差的激子分离性能和较低的电子传输性能.关键词：有机太阳能电池;4-氰基噻唑;给体材料;相分离;简单结构1423|1465|0<图文摘要><HTML><网络PDF><Enhanced-PDF>更新时间：2025-07-08引入柔性链的聚合物给体设计策略获得可非卤溶剂加工的高效柔性大面积有机太阳能电池
摘要：开发兼具优异器件性能和良好加工性能的聚合物给体是推进有机太阳能电池产业化的有效措施. 聚(2,6-(4,8-双(5-(2-乙基己基-3-氟)噻吩-2-基)-苯并(1,2-b:4,5-b')二噻吩))-(2-丁基辛基)噻吩-2-基-8-(4-(2-丁基辛基)-5-甲基噻吩-2-基)二噻吩并(3',2':3,4;2'',3'':5,6)苯并(1,2)(1,2,5)噻二唑 (简称：D18)因其高效率的优势受到了很多研究者的兴趣，但是其强聚集特性限制了其用非卤溶剂加工. 本文介绍了一种在聚合物给体D18共轭主链中引入含柔性烷基桥联单元的结构改性方法，通过改变柔性烷基链的长度，调节引入含柔性烷基的桥联单元的含量，合成了D18-3C-5%和D18-4C-5%两种溶解性显著改善的新型聚合物给体. 测试结果表明，当引入的柔性烷基链包含4个碳原子，含柔性烷基的桥联单元在聚合物主链中含量为5%时，所得的聚合物给体D18-4C-5%在使用非卤素溶剂邻二甲苯制备器件时可以获得高达17.32%的优异能量转换效率(PCE)，器件的开路电压(VOC)为0.87 V，短路电流密度(JSC)为25.53 mA·cm-2，填充因子(FF)为0.78. D18-4C-5%减弱的分子聚集和结晶性大大改善了其在非卤溶剂中的溶解性，表现出优异的器件加工性能. 基于D18-4C-5%:L8-BO的大面积柔性器件(1 cm2)也可实现14.00%的优异PCE. 本工作阐明了柔性链削弱聚集策略对聚合物给体加工性能改善的重要作用，能够解决强聚集聚合物给体材料在大面积溶液加工中的局限性，对高效有机太阳能电池的进一步发展具有重要意义.关键词：有机太阳能电池;柔性烷基桥联单元;分子聚集;溶解性;柔性大面积器件1226|1405|0<图文摘要><HTML><网络PDF><Enhanced-PDF>更新时间：2025-07-08分子掺杂半透明有机太阳能电池研究进展
摘要：发展半透明太阳能电池技术，是实现城市清洁、规模用电的重要策略.有机太阳能电池的活性层由吸收光谱互补的给、受体材料组成，降低给体材料含量即可增加活性层的可见光透过率；然而，给体含量减少会阻碍光生电荷的产生与收集，引起活性层高透光率与高转换效率之间的矛盾.本综述从这一难点出发，综述了近年来以分子掺杂为破解方法的半透明有机太阳能电池研究进展，围绕如何实现有机太阳能电池的活性层分子掺杂及分子掺杂如何优化非理想形貌下的光伏过程，依次介绍分子掺杂机理、掺杂剂分布调控、掺杂改善电荷收集和掺杂促进激子解离四方面的研究进展.最后，概述活性层掺杂有机太阳能电池未来发展所面临的三大挑战.关键词：有机太阳能电池;分子掺杂;半透明器件;光电转换1467|2116|1<图文摘要><HTML><网络PDF><Enhanced-PDF>更新时间：2025-07-08超薄柔性有机太阳能电池的研究进展
摘要：超薄柔性有机太阳能电池(ultrathin and flexible organic solar cells, UF-OSCs)凭借其卓越的柔韧性及高功率重量比，在可穿戴电子设备、柔性显示技术等领域展现出巨大的应用潜力. 然而，UF-OSCs的光电转换效率(PCE)与刚性器件相比，仍存在较大的提升空间. 为了提高UF-OSCs的性能，国内外研究人员从器件的材料及结构等方面展开了深入研究. 其中，超薄柔性透明电极(UFTE)作为器件组成的关键部分，其性能对电池的整体效率和稳定性有着直接影响. 本文以UFTE为切入点，结合界面层和器件结构工程等多种策略，对UF-OSCs的最新研究进展进行了详细分析. 此外，还简要介绍了大面积UF-OSCs的潜在应用. 最后，提出了UF-OSCs进一步发展所面临的挑战，并展望了其在柔性电源领域的应用前景.关键词：超薄柔性有机太阳能电池;超薄柔性透明电极;功率重量比;机械稳定性2156|4783|1<图文摘要><HTML><网络PDF><Enhanced-PDF>更新时间：2025-07-08
