非富勒烯有机太阳能电池能级排布研究

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非富勒烯有机受体-共扼聚合物太阳能电池的研究

非富勒烯有机受体-共扼聚合物太阳能电池的研究非富勒烯有机受体/共扼聚合物太阳能电池的研究近年来，太阳能电池作为一种可再生清洁能源的利用方式，备受研究者的关注。

在太阳能电池中，有机聚合物作为可拓展、低成本的替代材料，逐渐取代了传统的无机材料。

而在有机聚合物中，非富勒烯有机受体/共扼聚合物体系因其优异的光电转换性能而备受瞩目。

非富勒烯有机受体/共扼聚合物体系以其高效的电荷传输、宽带隙以及可调制的分子结构等特点，被广泛应用于太阳能电池的研究中。

与传统的有机受体（如富勒烯）相比，非富勒烯有机受体的分子结构更加灵活多样，这使得其在吸光特性和电荷传输过程中具有更高的调控性。

同时，非富勒烯体系具有更大的共轭度、更低的带隙能量以及更好的光电转换效率，因此在太阳能电池中展示出了更好的性能。

与非富勒烯有机受体相结合的共扼聚合物是另一个关键因素。

共扼聚合物作为电子传输材料，能够提供更多的电子传输通道，从而有效提高太阳能电池的光电转换效率。

此外，共扼聚合物的添加还可以调控太阳能电池的膜形态，在形成连续的电荷传输通道的同时提高了载流子的迁移率。

在非富勒烯有机受体/共扼聚合物太阳能电池的研究中，除了合适的材料选择外，界面性质的优化也是提高效率的关键。

界面性质的优化可以通过调控过程和材料结构的方式来实现。

例如，通过合理的溶剂选择和处理方法，可以在材料之间形成紧密的接触，提高电子传输效率。

此外，界面材料的引入还可以增加电子传输通道的数量，优化载流子的迁移。

在材料的合成和器件工艺的改进上，目前还有一些挑战与瓶颈需要克服。

例如，非富勒烯有机受体的合成方法复杂，制备成本较高，还需要进一步降低材料成本。

此外，器件的稳定性和尺寸的可扩展性也需要进一步改进。

总结起来，非富勒烯有机受体/共扼聚合物太阳能电池的研究展示出了潜在的高效能源转换性能。

在材料的选择、界面性质的优化以及合成工艺的改进等方面，还存在着一些挑战和需求进一步解决。

通过持续的研究和不断的改进，相信非富勒烯有机受体/共扼聚合物太阳能电池将在未来成为一种重要的可再生能源转换技术综上所述，非富勒烯有机受体/共扼聚合物太阳能电池具有潜力成为一种高效的可再生能源转换技术。

基于P3HT_PCBM有机太阳能电池的制备及其性能的研究

基于P3HT_PCBM有机太阳能电池的制备及其性能的研究基于P3HT:PCBM有机太阳能电池的制备及其性能的研究随着能源危机的加剧和环境污染的日益严重，对于可再生能源的研究变得越来越重要。

在这个背景下，太阳能是一种非常有潜力的能源，而有机太阳能电池作为太阳能利用的一种新兴技术，具有成本低、生产过程简单、柔性可塑性强等特点，因此受到了广泛的研究和关注。

有机太阳能电池的工作原理是将太阳光转化为电能，其关键组件是聚合物和小分子的薄膜半导体。

其中，P3HT:PCBM是一种常用的有机太阳能电池的材料体系，由含杂质的聚合物P3HT和富勒烯衍生物PCBM组成。

P3HT作为主要的光敏材料，能够吸收太阳光并将其转化为电子能，而PCBM作为电子受体，则负责接受光生电子并传递电荷。

因此，P3HT:PCBM的混合体系能够实现太阳光的高效转化。

在制备P3HT:PCBM有机太阳能电池时，首先需要制备P3HT和PCBM的薄膜。

P3HT的制备通常采用溶液法，将P3HT溶解在有机溶剂中，并通过旋涂等方法得到均匀的薄膜。

PCBM 的制备过程相对简单，通常通过溶剂浸渍薄膜的方式制备。

制备好的P3HT和PCBM薄膜可以通过堆叠或层叠的方式组装成有机太阳能电池的结构。

接下来，需要将P3HT:PCBM材料体系与电极连接，常用的电极材料包括ITO和金属。

制备好有机太阳能电池后，需要对其进行性能测试。

常用的测试方法包括光电流-光压特性曲线（J-V曲线）测试、光电转换效率（PCE）测试等。

通过这些测试，我们可以评估有机太阳能电池的光电性能和电荷传输特性。

P3HT:PCBM有机太阳能电池的光电转换效率通常在3-6%之间，这与其特殊的材料体系和工艺有关。

除了制备和性能测试，对于P3HT:PCBM有机太阳能电池的研究还包括优化材料配方、改进电极和界面结构、提高光电转换效率等方面。

例如，通过调整P3HT和PCBM的配比、引入其他功能材料等方式，可以提高光电转换效率和电池稳定性。

一个飞速发展的领域:非富勒烯有机太阳能电池受体材料

一个飞速发展的领域：非富勒烯有机太阳能电池受体材料屈扬坤;周林;肖胜雄【摘要】Organic solar cells have been extensively investigated in the last decade because they are one of the very important so -lutions to the global energy crisis .While predominant electron acceptor materials for organic solar cell are focused on fullerene and its derivatives,scientists are now more desperately looking for new alternative acceptor materials because fullerene acceptors face the challenges of narrow absorption spectrum ,low solubility,high cost and non-environmental friendly synthesis processes .Non-fullerene electron acceptors have drawn great attention recently and have been widely used in organic solar cells because they have the great advantages of wide absorption spectrum ,high solubility ,precise structural controllability ,and good processability .In this review paper ,we summarize the most significant progresses in the area of non-fullerene organic solar cell acceptors during the last 6 years and we look forward to a bright future of non-fullerene organic solar cells .%有机太阳能电池作为解决能源问题的重要手段之一,2006年以来得到了深入的研究.其电子受体材料较多地局限在富勒烯及其衍生物领域,由于其光谱吸收窄、溶解性差、成本高、生产过程中环境不友好等问题,迫使科学家们寻找新的受体材料.近年来,非富勒烯电子受体材料吸引了科学家们的关注.非富勒烯受体材料的光谱吸收宽,溶解性好,结构可控,易加工等特点决定了其在有机太阳能电池领域有广泛的应用.综述了2011年以来非富勒烯有机太阳能电池受体材料领域的进展,并对其将来的发展进行了展望.【期刊名称】《上海师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(045)006【总页数】9页(P765-773)【关键词】有机太阳能电池;非富勒烯受体材料;非富勒烯有机光伏器件【作者】屈扬坤;周林;肖胜雄【作者单位】上海师范大学生命与环境科学学院,上海200234;上海师范大学生命与环境科学学院,上海200234;上海师范大学生命与环境科学学院,上海200234【正文语种】中文【中图分类】O756随着人类社会的不断发展与进步,能源问题与环境问题日益成为摆在人类面前的最大危机.为解决这一危机,科学家们研究发展了很多所谓“清洁能源”.而作为清洁能源中最有发展前景的能源,太阳能日益受到科学家们的关注与青睐.太阳能在不久的将来是最有希望替代化石能源的能源,其最大的优点在于无限的来源和对环境最小的危害.目前,最成熟的、已经商业化的太阳能电池主要是基于硅基材料的无机太阳能电池,但是其具有高成本,生产过程中有严重污染以及不宜制成柔性器件等缺陷.虽然无机太阳能电池具有高达40%的能量转换效率(PCE),但是由于上述缺陷,其常被人称为灰色能源[1-2].有机太阳能电池逐渐进入科学家们的视野.有机太阳能电池(OPVs)分为聚合物太阳能电池(PPVs)和小分子太阳能电池(SM-OPVs).目前,有机太阳能电池常用的结构如图1所示,即为体异质结太阳能电池(bulk-heterojunction solar cell).该种结构的优点在于电子给体材料(Donor)和电子受体材料(Acceptor)在活性层中充分混合,有利于激子的分离.最早的有机太阳能电池可以追溯到20世纪70年代末,柯达公司的Tang[3]使用铜酞菁和苝四酰二亚胺类有机材料组成有机太阳能电池,其效率仅为0.95%,与无机太阳能电池相差较远.随着科学技术的发展与进步,目前,有机太阳能电池的PCE已经超过10%,提高了10倍,特别是2011～2016年,有机太阳能电池蓬勃发展,效率从不到5%提高到10%以上[4].1992年,Sariciftci[5]等在Nature杂志上发表论文,发现将富勒烯(C60)与共轭聚合物充分混合,在光激发下,会发生超快光诱导电子转移现象.自此,富勒烯作为有机太阳能电池的受体材料得到了广泛的研究.2012年,Yang[6]等首次报道了富勒烯作为受体材料制作串联叠层OPV器件,得到PCE大于10%的聚合物太阳能电池.香港理工大学的颜河等[7]在2016年报道了一例基于富勒烯衍生物的单层体异质结OPV器件(PffBT4T-C9C13:PC71BM),其PCE达到11.7%.但是富勒烯及其衍生物具有光谱吸收窄、溶解性差、成本高、生产过程中环境不友好等问题,严重制约了有机太阳能电池的进一步发展.因此,发展其他类型的受体材料成为科学家们的目标.近年来,科学家们设计合成了多种多样的小分子受体材料,此类材料具有结构明确、可控性强的等特点,其光谱吸收可以通过调控其结构来进行调节.本文作者综述了2011～2016年非富勒烯有机太阳能电池的发展,并对其将来的发展进行了展望. 2011～2016年,非富勒烯有机太阳能电池领域发展迅速,本文作者以fullerene-free和non-fullerene为关键词在scifinder上查询,发现在2011～2016年这6年里,2011年有4篇相关文献,2012年没有相关文献,2013年6篇,2014年17篇,2015年31篇,2016年1～8月有38篇.可以发现,本领域的发展极其迅速.并且,非富勒烯有机太阳能电池的电池效率也迅速提高(图2).从图2中可以清楚的看到,非富勒烯有机太阳能电池的PCE从2011～2016年提高了一个数量级,已经达到商用太阳能电池的标准[1].可以预见,在不久的将来,非富勒烯有机太阳能电池将会走进千家万户,提供清洁无污染的电能.下面分别对几类新型非富勒烯有机太阳能电池受体材料的最新进展进行介绍.1.1 酰胺类电子受体材料由于羰基具有极强的拉电子作用,酰胺类材料具有明显的N型半导体材料的性质,在有机场效应晶体管领域被深入地研究.Tang[3]在20世纪七八十年代对这类材料的有机电子性能做出了开创性工作.那么能否将这类材料应用在有机太阳能电池受体材料领域呢？答案是肯定的.近年来研究最为深入的电子受体材料即为酰胺类电子受体材料,特别是萘四酰亚二胺(NDI)和苝四酰亚二胺(PDI)(图3).NDI和PDI具有4个羰基,拉电子效果明显,是良好的有机电子受体材料,并且可以通过修饰R基团以及苯环来改变其溶解性和光谱吸收,它们的稠环体系使得它们具有良好的π-π堆积性质,这对有机太阳能电池形貌学具有十分重大的意义.1.1.1 NDI类电子受体材料萘四酰亚二胺与苝四酰二亚胺相比,苯环上氢的空间位阻较小,能通过Stille偶联等反应与噻吩等具有优异电子性能的基团链接,并且能形成聚合物,这使得NDI能通过噻吩等基团桥联形成电子受体聚合物,并与聚噻吩等给体聚合物形成全聚合物有机太阳能电池(all-polymer organic solar cells).Yan[8]等在2009年发展了一种电子受体材料P(NDI2OD-T2),亦被称之为N2200(图4).Jung[9]等使用DTP-DPP)(图5)为电子给体材料,分别和PC71BM和P(NDI2OD-T2)混合制成有机太阳能电池,PCE分别达到6.88%和4.82%.这是截止目前,NDI类电子受体材料达到的非叠层OPV的最高PCE之一.另一个NDI类电子受体的例子是将NDI与两种不同的噻吩类化合物同时做Stille 偶联反应,得到三种不同的聚合物,其化学结构如图6所示.Li等[10]将这种混合物与PTB7-Th进行混合制备非叠层OPV,其PCE值达到4.86%.在非富勒烯电子受体的研究刚起步之时,科学家们大量使用P3HT和PTB7-Th等基于富勒烯及其衍生物发展的电子给体材料.随着研究的深入,科学家们开始根据非富勒烯的结构与性质,研究电子给体材料.Kim等[11]使用N2200与PDBTTT-C和PDBTTT(图7)CT两种聚合物给体材料制备全聚合物太阳能电池,发现由于这两张不同的聚合物有不同的侧链,导致其堆积方式不同,进一步导致器件的形貌不同,其PCE 值分别为1.56%和2.78%.这为进一步发展不同的给/受体材料提供了思路.1.1.2 PDI类电子受体材料PDI类电子受体材料是研究最为深入彻底的小分子电子受体材料.以PDI类材料制作的电池的PCE值,从Tang[3]于1985年得到的0.95%一直发展到Nuckolls等[12]于2015年得到的8.30%.PDI类材料何以吸引众多科学家的目光？简单地对其化学结构进行分析.如图3所示,PDI类材料可以使用不同的R基团,来调控其不同的溶解性和堆积性能,而湾位可以连接不同的取代基来调控其能级,并且可以通过共价键将PDI单元连接成寡聚物以增大其共轭程度,改变其吸收光谱.Nuckolls等[12]以溴取代PDI和反式-1,2-双(三丁基锡)乙烯为底物,通过Stille偶联反应连接成寡聚物,接下来通过Mallory 光环化反应,使其达到共轭结构,得到h-PDI(图8).将h-PDI与PTB7-Th制成体异质结太阳能电池,优化条件,得到最高的PCE值为8.30%.这是PDI类电子受体材料达到的最高PCE值之一.这种材料能达到较高PCE值的原因在于:首先,合适的R基团保证了其溶解性能;其次,共轭平面的扭曲和R基团共同限制了其堆积方式,使其能与PTB7-Th形成较好的共混程度,有利于激子的产生和分离.其后的研究也较多地关注于对共轭平面的破坏,减少堆积程度.另一种抑制PDI单元聚集的方式为在PDI单元中间用噻吩基团隔开,即“PDI-噻吩-PDI”模式.Yao[13]等设计了一种噻吩取代的苯并噻吩连接的PDI类电子受体材料(图9).与PBDTTT-C-T混合制成OPV器件,其最高PCE值达到4.03%,是当时PCE最高的非富勒烯有机太阳能电池.在上述结构中,噻吩单元与PDI单元是以单键的形式连接的,单键的旋转程度较大,不利于控制器件的形貌.Zhong等[14]将噻吩单元与PDI单元通过FeCl3氧化关环,2个PDI单元共轭成1个大平面,大幅度降低2个PDI单元之间的二面角,得到FPDI-T(图10).将FPDI-T与PTB7-Th混合制成OPV器件,PCE值达到6.72%,比未关环的PDI-T(3.68%)提高了近一倍.1.1.3 其他酰亚胺类电子受体材料酰亚胺类电子受体材料的电子性能十分优异,关键在于羰基的拉电子效应,科学家们将酰亚胺单元连接在一些其他基团上.Hwang等[15]将酰亚胺单元与稠环单元连接形成DBFI-EDOT(图11),然后将其与PSEHTT和PBDTT-FTTE混合,制成OPV器件,其PCE值达到8.52%.1.2 芴及其衍生物类电子受体材料芴类化合物由于其独特的结构,即刚性平面联苯结构,有着优异的光电性能,在电致发光(LED)等领域有广泛的应用[16].从结构上看(图12),芴类化合物的2、7、9位非常活泼,能引入很多修饰基团,这使得芴类化合物在很多领域有着潜在的应用前景,如有机电致发光(OLED)、生物传感等领域.芴类化合物有较高的化学稳定性和热稳定性,并且有较高的带隙能、空穴传输率和荧光量子产率.这意味着芴类化合物在OPV领域有广泛的应用.南开大学的陈永胜等以二辛基芴为核设计了一种DICTF[17]电子受体类材料(图13),辛基的引入提高了其溶解性,两端的噻吩取代基调整了其电子结构.将DICTF与PTB7-Th混合制成体异质结OPV,其PCE值为7.93%.北京大学的占肖卫等基于芴类化合物,设计发展了IEIC[18]和ITIC[19]类电子受体材料(图14).这两种化合物,特别是ITIC的设计合成综合体现了近年来科学家们对非富勒烯受体材料的理解.首先中心的稠环体系提供了较好的电子传输性能和基本的光电子性能,其次,两个芴类单元提供了化合物的溶解性,降低了自堆积趋势有利于形成较好的活性层形貌,最后,两端的强吸电子基团扩展了化合物的光谱吸收范围.这三个条件基本上涵盖了小分子电子受体材料的所有必须条件.占肖卫[18-19]等使用PTB7-Th分别与IEIC和ITIC复合,得到的OPV的PCE值分别达到了6.31%和6.8%,其中PTB7-Th:ITIC的6.8%是当时非富勒烯有机太阳能电池的最高纪录.中国科学院化学研究所的侯剑辉等[20]使用该组于2013年开发的给体材料PBDB-T(图15)与ITIC复合,得到PCE值为11.21%.这是目前为止,非叠层非富勒烯有机太阳能电池的最高纪录,这已经与聚合物:富勒烯太阳能电池的纪录11.7%[7]相差无几.这对于非富勒烯有机太阳能电池的研究者而言无疑是一个巨大的鼓舞.占肖卫等[21]在ITIC的基础上进一步发展了ITIC-Th(图16),即将侧链上的苯基替换为噻吩.与ITIC相比,ITIC-Th在近红外与可见光范围内的吸收更强,能级更低,电子迁移率更高.PDBT-T1:ITIC-Th的PCE值达到9.6%,这也接近有机太阳能电池商用标准(10%).1.3 苯并噻二唑类电子受体材料苯并噻二唑基团(图17)是平面刚性结构的,具有强烈的拉电子效应、较高的稳定性,能与给电子基团连接形成D-A型电子受体材料,这类电子受体材料具有低带隙、宽吸收的优点.常用的给电子基团为噻吩类基团,还可以直接用芴类基团进行修饰.Fu等[22]在F4TBT(图17)的基础上,制成寡聚物F4TBT4,与F4TBT相比,寡聚物的结构明确,相对较短的结构避免了聚合物中复杂的二级结构和三级结构,在P3HT:F4TBT4中,与P3HT:F4TBT相比,活性层的相分离效果更好,域的范围较大.在相同条件下,P3HT:F4TBT4的PCE值达到4.12%,是P3HT:F4TBT(1.86%)的2倍多.这为提高全聚合物太阳能电池提供了新思路.有机太阳能电池近几年来得到飞速的发展,无论是富勒烯及其衍生物类还是非富勒烯类有机太阳能电池的PCE均已超过商业化的标准(10%),而相对与富勒烯类有机太阳能电池,非富勒烯类有机太阳能电池的成本更低,吸收更宽,前景更好.之前研究人员对于非富勒烯太阳能电池并不十分重视,研究时所用给体材料基本沿用富勒烯类太阳能电池领域所发展的给体材料,但是近年来,越来越多地研究人员将注意力放在非富勒烯类电子受体材料上,也为针对这类材料发展了响应的给体材料. 理论化学家们也将目光投向了非富勒烯OPV这一领域.之前的理论研究更多的局限在带隙、能级差等领域,但是随着计算水平的提高,理论工作者已经开始对形貌进行动力学分析,而形貌优化对提高太阳能电池的效率有显著作用.目前,在基础研究领域,非富勒烯有机太阳能电池的研究热点在于:1)发展新型电子受体材料;2)活性层形貌对电池效率的影响;3)提高载流子分离传输速率;4)过渡层对电池效率的影响;5)卷对卷(roll-to-roll)生产模式的应用等.作者认为目前的研究要点在于基于形貌、载流子、过渡层的研究,发展一类合成简单(不超过3步)、符合绿色化学理念的电子受体材料.目前限制非富勒烯有机太阳能电池应用的主要因素为:1)稳定性差.非富勒烯OPV 在化学稳定性和光稳定性上的表现尚有提升空间;2)合成步骤多.从上文中可以看到,目前所研究的电子受体材料的结构比较复杂,需要多步合成,成本高,不利于工业生产;3)研究人员少.目前,大量的研究人员将着重点放在发展新型电子给/受体材料,并没有深入思考所研究的给/受体是否拥有工业化前景,仅仅将目标放在实验室条件下制备PCE较高的有机太阳能电池.虽然有种种问题,但是随着科学家们的深入研究,非富勒烯有机太阳能电池的商业化生产大有可为.【相关文献】[1] 贺庆国,胡文平,白凤莲.分子材料与薄膜器件 [M].北京:化学工业出版社,2010.He Q G,Hu W P,Bai F L.Molecular materials and thin film devices [M].Beijing:ChemicalIndustry Press,2010.[2] 纳尔逊.太阳能电池物理 [M].上海:上海交通大学出版社,2011.Nelson J.The physics of solar cells [M].Shanghai:Shanghai Jiao Tong University Press,2011.[3] Tang C W.Two-layer organic photovoltaic cell [J].Applied PhysicsLetters,1985,48(2):183-185.[4] Liu Y,Zhao J,Li Z,et al.Aggregation and morphology control enables multiple cases of high-efficiency polymer solar cells [J].Nature Communications,2014,5:5293.[5] Sariciftci N S,Smilowitz L,Heeger A J,et al.Photoinduced electron transfer from a conducting polymer to buckminsterfullerene [J].Science,1992,258(5087):1474-1476. [6] You J,Dou L,Yoshimura K,et al.A polymer tandem solar cell with 10.6% power conversion efficiency [J].Nature Communications,2013,4:1446.[7] Zhao J,Li Y,Yang G,et al.Efficient organic solar cells processed from hydrocarbon solvents [J].Nature Energy,2016,1:15027.[8] Yan H,Chen Z,Zheng Y,et al.A high-mobility electron-transporting polymer for printed transistors [J].Nature,2009,457(7230):679-686.[9] Jung J W,Russell T P,Jo W H.A small molecule composed of dithienopyran and diketopyrrolopyrrole as versatile electron donor compatible with both fullerene and nonfullerene electron acceptors for high performance organic solar cells [J].Chemistry of Materials,2015,27(13):4865-4870.[10] Li X,Sun P,Wang Y,et al.A random copolymer approach to develop nonfullerene acceptors for all-polymer solar cells [J].Journal of Materials Chemistry C,2016,4(11):2106-2110.[11] Kim Y J,Jang W,Wang D H,et al.Structure-property correlation:a comparison of charge carrier kinetics and recombination dynamics in all-polymer solar cells [J].The Journal of Physical Chemistry C,2015,119(47):26311-26318.[12] Zhong Y,Trinh M T,Chen R,et al.Molecular helices as electron acceptors in high-performance bulk heterojunction solar cells [J].Nature communications,2015,6:8242. [13] Zhang X,Lu Z,Ye L,et al.A potential perylene diimide dimer-based acceptor material for highly efficient solution-processed non-fullerene organic solar cells with 4.03% efficiency [J].Advanced Materials,2013,25(40):5791-5797.[14] Zhong H,Wu C H,Li C Z,et al.Rigidifying nonplanar perylene diimides by ring fusion toward geometry-tunable acceptors for high-performance fullerene-free solar cells [J].Advanced Materials,2016,28(5):951-958.[15] Hwang Y J,Li H,Courtright B A E,et al.Nonfullerene polymer solar cells with 8.5% efficiency enabled by a new highly twisted electron acceptor dimer [J].Advanced Materials,2016,28(1):124-131.[16] 霍延平,方小明,黄宝华,等.芴类化合物的研究新进展 [J].有机化学,2012,32(07):1169-1185.Huo Y P,Fang X M,Huang B H,et al.New Progress of Researches in Fluorene Compounds [J].Chinese Journal of Organic Chemistry,2012,32(07):1169-1185.[17] Li M,Liu Y,Ni W,et al.A simple small molecule as an acceptor for fullerene-free organic solar cells with efficiency near 8% [J].Journal of Materials Chemistry A,2016,4(27):10409-10413.[18] Lin Y,Zhang Z G,Bai H,et al.High-performance fullerene-free polymer solar cells with 6.31% efficiency [J].Energy & Environmental Science,2015,8(2):610-616.[19] Lin Y,Wang J,Zhang Z G,et al.An electron acceptor challenging fullerenes for efficient polymer solar cells [J].Advanced Materials,2015,27(7):1170-1174.[20] Zhao W,Qian D,Zhang S,et al.Fullerene-free polymer solar cells with over 11% efficiency and excellent thermal stability [J].Advanced Materials,2016,28(23):4734-4739. [21] Lin Y,Zhao F,He Q,et al.High-performance electron acceptor with thienyl side chains for organic photovoltaics [J].Journal of the American Chemical Society,2016,138(14):4955-4961.[22] Fu Y,Wang B,Qu J,et al.Fullerene-free polymer solar cells with open-circuit voltage above 1.2 V:tuning phase separation behavior with oligomer to replace polymer acceptor [J].Advanced Functional Materials,2016,26(32):5922-5929.。

有机太阳能电池课件

透明导电氧化物
如氧化铟锡（ITO），具有高透光率、低电阻率，常用作电池的阳极。
金属电极
如铝、银等，具有良好的导电性和稳定性，常用作电池的阴极。
碳电极
如石墨烯、碳纤维等，具有高导电性、低成本和环境友好性，是电极材料的新兴选择。
电池结构
• 单异质结结构：由单一活性层夹在两个不同电极之间构成，简单且易于制备。 • 双异质结结构：由两种不同活性层材料组成，能够拓宽光谱吸收范围，提高光电转换效率。 • 叠层结构：将多个单电池按一定方式叠加起来，能够充分利用太阳光，并提高开路电压和填充因子。 • 这些材料与结构是有机太阳能电池的核心组成部分，深刻影响着电池的性能和效率。通过不断优化材料选择与结构设计，
VS
寿命
太阳能电池的寿命是指其在正常使用条件下性能衰减到一定程度所需的时间。提高有机太阳能电池的寿命需要优化材料和器件结构，降低载流子复合、界面缺陷等不利因素。同时，合适的封装技术和存储条件也可以延长有机太阳能电池的寿命。
05
有机太阳能电池的未来发展与挑战
提高光电转换效率的途径
活性层材料设计与优化
影响因素
光电转换效率受到多种因素影响，包括吸收光谱匹配、载流子迁移率、激子解离效率、电荷收集效率等。提高这些方面的性能可以有效提升有机太阳能电池的光电转换效率。
稳定性与寿命
稳定性
有机太阳能电池在长期使用过程中应保持良好的性能稳定性。这要求材料具有良好的光、热、氧稳定性，以及器件结构的有效封装。
涂膜工艺
旋涂法
将配制好的溶液通过旋涂法涂布在基底上，形成一层均匀、平整的薄膜。旋涂速度、溶液浓度和基底温度等因素都会影响膜厚和膜形貌。
刮刀法

有机异质结太阳能电池研究进展

有机异质结太阳能电池研究进展有机异质结太阳能电池是一种新型的光电转换器件，由有机半导体材料和无机半导体材料组成。

它具有制备简单、成本低廉、可柔性化和透明化等特点，被广泛认为是未来太阳能电池的发展方向之一、本文将介绍有机异质结太阳能电池的研究进展，包括结构设计、材料选择与优化、性能提升策略以及应用前景等方面。

一、有机异质结太阳能电池的结构设计有机异质结太阳能电池的结构一般由透明导电玻璃基底、有机电子传输层、有机光吸收层、无机电子传输层和金属电极等组成。

其中，有机光吸收层是整个器件的关键部分，它能够吸收光能，并将其转化为电能。

对于结构设计，需要在光吸收层和电子传输层之间形成一个能够有效分离电子和空穴的界面，从而提高光电转换效率。

二、有机异质结太阳能电池的材料选择与优化有机光吸收材料是有机异质结太阳能电池的关键材料之一，其光吸收性能、电子传输性能和稳定性等特性直接影响器件的光电转换效率。

研究人员通过合理选择有机材料，如聚合物、过渡金属配合物和有机-无机杂化材料等，来改善器件的性能。

此外，还可以通过调控材料的分子结构、掺杂和界面改性等手段，进一步提升器件的性能。

三、有机异质结太阳能电池的性能提升策略为了提高有机异质结太阳能电池的光电转换效率，研究人员采取了多种策略。

例如，引入介质层或增加界面的修饰层，可以改善电子传输和光吸收的效果。

同时，采用光谱调控、界面优化和器件结构优化等技术，也能够提高器件的光电转换效率。

此外，还可以通过多接合异质结或向复合材料发展等方法，提高器件的稳定性和可靠性。

四、有机异质结太阳能电池的应用前景综上所述，有机异质结太阳能电池是一种具有广泛应用前景的光电转换器件。

通过不断优化材料选择、结构设计和性能提升策略，有机异质结太阳能电池的光电转换效率和稳定性将得到进一步提高。

预计在未来几年，有机异质结太阳能电池将成为太阳能领域的重要研究方向之一。

苯并噻二唑芳杂环非富勒烯电子受体材料的合成与表征

苯并噻二唑芳杂环非富勒烯电子受体材料的合成与表征苯并噻二唑芳杂环非富勒烯电子受体材料的合成与表征摘要：近年来，有机太阳能电池作为一种新型的可再生能源技术，吸引了广泛的研究兴趣。

针对此，苯并噻二唑芳杂环非富勒烯材料逐渐成为有机太阳能电池的重要电子受体材料。

本文综述了苯并噻二唑芳杂环非富勒烯材料的合成方法及其在有机太阳能电池中的应用，并探讨了其电子性质的表征方法。

1. 引言有机太阳能电池是一种利用有机半导体材料转换太阳能为电能的新型太阳能电池技术。

与传统的硅太阳能电池相比，有机太阳能电池具有制备工艺简单、材料可塑性高、成本低等诸多优势，因此成为了研究的热点。

2. 苯并噻二唑芳杂环非富勒烯材料的合成方法苯并噻二唑芳杂环非富勒烯材料是有机太阳能电池中常用的电子受体材料。

它具有较高的吸光度、较长的激发寿命和良好的电荷传输特性。

目前合成苯并噻二唑芳杂环非富勒烯材料的方法主要有以下几种：2.1. 串联回应法此方法利用少量的混合物，通过多氯代苯并噻二唑与芳基溴化合物的串联回应，在碱催化下完成合成反应。

这种方法简单高效，得到的产物纯度较高。

2.2. 布洛克反应法该法以芳香胺为底物，经过Diazo活化，并与苯并噻二唑反应得到产物。

此方法适用于产物结构中有大量置换基团存在的情况。

3. 苯并噻二唑芳杂环非富勒烯材料在有机太阳能电池中的应用苯并噻二唑芳杂环非富勒烯材料在有机太阳能电池中作为高效的电子受体材料得到了广泛的应用。

它可以与有机聚合物作为供体材料形成有效的固溶体，从而实现电子的传输和提高器件的光电性能。

此外，它的电荷传输率较高，可以提高电池的填充因子和电子传输率。

这些特性使得苯并噻二唑芳杂环非富勒烯材料成为有机太阳能电池中重要的材料。

4. 苯并噻二唑芳杂环非富勒烯材料的电子性质表征方法为了研究苯并噻二唑芳杂环非富勒烯材料的电子性质，需要对其进行表征。

常用的表征方法包括紫外-可见吸收光谱、荧光光谱、透射电子显微镜和X射线衍射。

非富勒烯有机太阳能电池

非富勒烯有机太阳能电池
非富勒烯有机太阳能电池是一种新型的有机太阳能电池，与传统的富勒烯有机太阳能电池相比，具有更高的光电转换效率和更好的稳定性。

富勒烯有机太阳能电池是目前应用最广泛的有机太阳能电池，其主要原理是利用富勒烯作为电子受体，将太阳能转化为电能。

然而，富勒烯有机太阳能电池存在着一些问题，如光吸收范围窄、电子传输速度慢、稳定性差等。

非富勒烯有机太阳能电池则采用了新型的电子受体材料，如PTB7-Th、PBDTTT-EFT等，这些材料具有更宽的光吸收范围和更好的电子传输性能，从而提高了光电转换效率。

同时，非富勒烯有机太阳能电池还采用了新型的电子给体材料，如ITIC、IEICO等，这些材料具有更好的稳定性和更长的寿命。

非富勒烯有机太阳能电池的研究还处于起步阶段，但已经取得了一些重要的进展。

例如，2018年，中国科学院化学研究所的研究团队报道了一种新型的非富勒烯有机太阳能电池，其光电转换效率达到了12.25%，比传统的富勒烯有机太阳能电池有了显著的提高。

非富勒烯有机太阳能电池具有广阔的应用前景，可以用于太阳能电池板、智能手机、电子书、电子纸等领域。

随着技术的不断进步和研究的深入，相信非富勒烯有机太阳能电池将会成为未来太阳能电
池领域的重要发展方向。

非富勒烯受体材料

非富勒烯受体材料非富勒烯受体材料是当今有机太阳能电池领域中备受关注的一类新型有机材料。

与传统的富勒烯材料相比，非富勒烯受体材料具有很多优点，如更低的光电子失配、更高的吸收系数、更好的电子迁移和互作用、更好的光化学稳定性和更好的机械强度等。

因此，非富勒烯受体材料被认为是开发高效稳定的有机太阳能电池的重要方向之一。

非富勒烯受体材料主要是指那些不含富勒烯结构的有机分子，例如芴基、喹啉基、苯并咔啉基、噻吩基、三嗪基、吡啶基等。

这些材料具有广泛的化学结构和多样化的电子特性，可以在一定程度上调节其光电属性，从而实现对太阳能电池性能的优化。

非富勒烯受体材料通常与另一种有机分子，受体材料共同组成电池的活性层。

相比于富勒烯受体材料，非富勒烯受体材料可以提供更好的电子传输性能和光化学稳定性，从而带来更高的光电转换效率和更好的长期稳定性。

到目前为止，非富勒烯受体材料已经在有机太阳能电池中取得了令人瞩目的进展。

例如，采用非富勒烯受体材料作为活性层的有机太阳能电池的光电转换效率已经从不到1%上升到了超过17%，与传统的富勒烯受体材料相比性能得到了巨大的提升。

同时，非富勒烯受体材料还可以实现更低的成本、更好的机械可加工性和更好的大面积可制备性等优点，因此在工业化应用中具有更广阔的前景。

尽管非富勒烯受体材料在有机太阳能电池领域中已经取得了重要进展，但是与富勒烯受体材料相比，非富勒烯受体材料还存在一些问题亟待解决。

例如，非富勒烯受体材料的合成工艺比较复杂、成本较高，且还存在光稳定性和电池性能的不稳定性等问题。

因此，未来需要进一步探索新的非富勒烯受体材料的合成方法和改善其稳定性，以便更广泛地应用于光电器件领域。

总的来说，非富勒烯受体材料是有机太阳能电池领域中备受关注的一类新型材料。

它们不仅具有优异的光电性能，而且具有更低的成本、更好的可加工性和更广泛的应用前景。

未来的研究方向应该是进一步寻找新型非富勒烯受体材料，并探索高效稳定的制备方法和优化电池性能的方式，以便将这些材料更广泛地应用于有机太阳能电池领域。

有机太阳能电池的研究现状和应用前景

有机太阳能电池的研究现状和应用前景有机太阳能电池是一种新型的太阳能电池。

相较于传统的硅基太阳能电池，有机太阳能电池具有更低的成本和更好的可塑性，可以在各种形状和物品上应用。

目前，有机太阳能电池正在得到越来越多的研究和应用。

一、有机太阳能电池的研究现状有机太阳能电池利用有机半导体材料的光电效应将太阳能转化为电能。

与硅基太阳能电池相比，有机太阳能电池具有成本低、轻薄柔韧、生产工艺简单等特点。

在过去的几十年中，研究人员一直在探索有机太阳能电池的性能和制造方法，我们对有机太阳能电池的认识越来越深入。

有机太阳能电池最初的研究始于20世纪80年代，当时研究者发现染料敏化太阳能电池可以使用有机分子代替原始的染料。

之后，有机太阳能电池就逐渐引起了人们的广泛关注。

然而，直到21世纪初，有机太阳能电池的效率才有了较大的提高。

现在，科学家们已经开发出了许多种类、结构和形状的有机太阳能电池。

其中，非富勒烯有机太阳能电池是目前最具潜力的一种。

2014年以前，有机太阳能电池的最高转换效率一直停留在10%以下，但是随着非富勒烯有机太阳能电池的出现，转换效率得到了重大提高，从而使得有机太阳能电池更加实用。

二、有机太阳能电池的应用前景有机太阳能电池的应用前景非常广阔。

由于其成本低，所以它可以广泛应用于各种领域。

目前，有机太阳能电池已经在众多领域有了应用。

1.智能建筑有机太阳能电池可以嵌入到玻璃、塑料和纸张等材料中，从而用于智能建筑中。

有机太阳能电池不仅可以为智能建筑提供电能，还可以在墙壁、窗户和屋顶上实现光伏发电，并可以与智能家居系统进行连接。

2.便携式电子设备有机太阳能电池适用于便携式电子设备，例如智能手机、笔记本电脑和平板电脑等。

相较于传统的锂电池，有机太阳能电池成本更低，并且可以更加灵活，因此它在便携式电子设备上应用的前景非常广阔。

3.户外运动器材有机太阳能电池也可以用于户外运动器材，例如智能手表、智能眼镜和智能手环等。

这些电子产品由于长时间使用，其电池寿命较短，而有机太阳能电池可以在户外充电，从而更加实用。

一种含有苯并三氮唑类共轭聚合物及其制备方法与在非富勒烯聚合物太阳能电池中的应用

一种含有苯并三氮唑类共轭聚合物及其制备方法与在非富勒烯
聚合物太阳能电池中的应用
该共轭聚合物是苯并三氮唑类聚合物，可以通过以下制备方法获得：
1. 采用合成苯并三氮唑单体。

先将苯并三氮唑基团与适当的化合物进行反应，生成苯并三氮唑单体。

2. 聚合反应。

在适当的溶剂中，将苯并三氮唑单体与另一种合适的单体一起进行聚合反应，生成含有苯并三氮唑基团的共轭聚合物。

在非富勒烯聚合物太阳能电池中，该共轭聚合物可以作为给体材料或受体材料的一部分。

作为给体材料时，该共轭聚合物能够吸收太阳光并产生电子-空穴对，随后将电子传输到受体材料中，从而实现光生电荷分离和电荷转移。

作为受体材料时，该共轭聚合物能够接收来自给体材料的电子，并进一步将电子传输到电池电极上。

通过这样的电荷转移过程，可实现太阳能电池的光电转换功能。

该共轭聚合物具有高效的光电转换性能和稳定性，可以应用于非富勒烯聚合物太阳能电池中，提高电池的能量转换效率。

Nature Energy-宽间隙非富勒烯受体实现室内高性能有机光伏电池

Nature Energy:宽间隙非富勒烯受体实现室内高性能有机光伏电池研究背景1、低功耗电子设备需要大量的离网能源，能够有效地将室内环境中的低强度光转换成兆瓦级到微瓦级电力的光伏电池是驱动低功耗装置的理想能量来源方式。

2、常用室内光源（如荧光灯和发光二极管（LED））的发射光谱通常在400到700nm之间，强度小于1mWcm-2，光谱范围较窄，强度低于标准太阳光谱，针对太阳光转化利用的光伏电池不适用于室内有效的光电转化。

3、有机光伏（OPV）电池和染料敏化太阳能电池，在标准太阳能照明下效率不如晶体硅电池，但高度可调的光吸收特性使其有希望应用于室内光电转化；而与染料敏化太阳能电池相比，OPV电池能通过溶液印刷和涂覆技术制备而降低成本，在大面积模块中居于更好的优势，从而更具商业前景。

4、虽然OPV在驱动室内使用的低功耗离网电子设备方面具有巨大的潜力，但是其功率转换效率仍然受到较大的开路电压的损耗以及非最佳吸收光谱的室内照明的限制。

（来源：微信公众号“学研汇”ID：i-xueyan）先思考一个问题1、如果OPV电池想要在室内光条件下获得优异的光伏性能，应该具备什么样的特性？这个问题很关键，上面的研究背景，基本这个领域的研究工作者基本都知道，都可以写出来，但是最为关键的核心便是这个问题，每个人的看法、理解不一样，切入点是不同的，论文的框架思路也会千差万别，接下来看一下，这篇Nature Energy是如何进行剖析的！OPV 电池想要在室内光条件下获得优异的光伏性能，应具有以下特性：1）应具有与室内光源匹配的光响应光谱和高外部量子效率（EQE），以便有效地将入射光转换成电流以及最小化光生电荷的热化2）因为低入射光强度导致低载流子密度，其中陷阱介导的重组变得至关重要，所以必须有效地抑制陷阱介导的电荷重组3）为使VOC最大化，OPV电池的能量损失（Eloss=Eg-qVOC，其中Eg是带隙，q是基本电荷，VOC是开路电压）应该尽可能低4）在标准AM 1.5G 条件下OPV电池可以获得小于0.60 eV的能量损失，但是光强度显着降低会导致额外电压损失为~0.2V，因此对于具有1.8eV的Eg的OPV电池，其VOC应该为1.0V 才可以适用于室内装置，目前在室内光照条件下，最好的OPV电池的VOC值均低于0.8V，这限制了能量转化效率综上所述，需要开发新的OPV材料，能够提供合适的吸收光谱的同时，也具有低Eloss和最小化的陷阱介导的电荷重组本文采取的思路及效果1、低能量损失，本文设计了一种名为IO-4Cl的非富勒烯受体，并将其与一种名为PBDB-TF的聚合物供体混合，获得其吸收光谱与室内光源相匹配的光活性层，光伏特性显示其具有低于0.60eV的低能量损失2、优越的能量转换效率，在1000勒克斯（2,700K）的发光二极管照度下，使用其制备的有机光伏电池（1cm2）为开路电压为1.10V，具有26.1％的能量转换效率。

有机太阳能电池的活性层调控和电子传输层优化

摘要有机太阳能电池因其重量轻、制备工艺简单、柔韧性好及易实现大面积加工等优势被认为是最有前途的绿色能源技术之一。

该领域亟待解决的问题是如何提高有机太阳能电池的能量转换效率，而优化活性层与界面层是提高有机太阳能电池性能的关键。

为此，本论文为提高有机太阳能电池的能量转换效率，研究了高结晶性小分子对聚合物/富勒烯有机太阳能电池活性层形貌的影响、萘酰亚胺类聚合物受体材料的分子结构与光伏性能的关系、SnO2电子传输层厚度和形貌对器件光伏性能的影响。

主要分为以下三个部分：（1）高结晶性小分子调控聚合物/富勒烯有机太阳能电池活性层形貌本文将高结晶度的小分子（ITDCN/ITDCF）引入到PBDB-T:PC71BM活性层中，制备了三元共混的有机太阳能电池。

在不同共混比例下（ITDCN/ITDCF相对于PBDB-T的质量比，由5%逐渐增加到30%），三元混合器件最优质量比例分别为PBDB-T:ITDCN:PC71BM=0.85:0.15:1、PBDB-T:ITDCF:PC71BM=0.80:0.20:1的器件获得了更高更平衡的电子、空穴迁移率（电子/空穴迁移率的比值分别为1.09和1.14）。

性能最优的ITDCN三元光伏器件的J SC为12.78 mA·cm-2、V OC为0.83 V、FF为63.02%、PCE为6.68%，比相应的二元器件的效率提高了24%。

原子力显微镜（AFM）和透射电子显微镜（TEM）表明，添加适量的具有高度结晶性的小分子能够有效调控聚合物/富勒烯体系有机太阳能电池活性层的薄膜形貌，从而达到纳米级的相分离，有利于激子的解离和电荷的运输，提高其光电转换效率。

（2）萘酰亚胺类聚合物受体材料的合成及其光伏性能研究在众多的聚合物受体材料中，萘酰亚胺（NDI）类聚合物因较大的共轭骨架与强吸电子能力而具有较高的迁移率、较大的极性、较低电子云密度与较好的稳定性，因而表现出非常优秀的光伏性能。

为提高HOMO，减小其带隙，增加吸收，本文用甲氧基取代硒吩为给电子单元合成了聚合物（PNDIS-HD-OMe）。

聚合物材料在光伏电池中的应用研究

聚合物材料在光伏电池中的应用研究随着能源危机和环境问题的日益突出，可再生能源逐渐成为人们关注的焦点。

太阳能光伏电池作为可再生能源的重要组成部分，具有广阔的应用前景。

然而，传统的硅基光伏电池存在成本高、重量大和制造过程复杂等问题。

为了克服这些限制，研究人员开始关注聚合物材料在光伏电池中的应用。

聚合物材料是由多个相同或不同的单体分子通过化学键连接而成的高分子化合物。

与传统的无机材料相比，聚合物材料具有许多优势，如轻量、柔性、可加工性强、低成本等。

这些优势使得聚合物材料成为光伏电池领域的热点研究对象。

在聚合物材料中，共轭聚合物是最常见的材料之一。

共轭聚合物通过共轭结构形成了扩展的π电子共轭体系，使得它们能够有效地吸收光能，并转化为电能。

此外，共轭聚合物还具有调节光电性能的能力，通过改变材料结构和化学修饰，可以调控吸收光谱范围和能带结构。

这种可调控性为光伏电池的效率提升提供了新的途径。

聚合物材料在光伏电池中的应用主要包括有机太阳能电池（organic solar cells，OSC）和染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cells，DSSCs）。

有机太阳能电池是利用有机半导体材料将光能转化为电能的一种光伏装置。

聚合物半导体材料作为这类太阳能电池的关键元件，负责光吸收、电荷传输和光电转换等功能。

聚合物材料的光电特性以及纳米结构的控制对有机太阳能电池的性能有着重要影响。

近年来，采用不同的共轭聚合物材料和非富勒烯电子受体，有机太阳能电池的转换效率不断刷新纪录，并逐渐接近商业化应用的水平。

然而，提高有机太阳能电池的长期稳定性和制造过程的可扩展性仍然是一个挑战。

染料敏化太阳能电池是利用染料吸收光子产生电荷，然后通过电解质传递电荷，最终转化为电能的光伏装置。

传统的染料敏化太阳能电池使用钛酸盐作为电子受体，但具有昂贵和稳定性差的缺点。

聚合物材料作为新型电子受体，具有低成本、可调控性强的优势，被广泛应用于染料敏化太阳能电池的研究中。

有机太阳能电池器件结构

有机太阳能电池器件结构引言有机太阳能电池是一种新兴的太阳能转换技术，具有轻便、柔性、低成本等特点。

器件的结构对光电转换效率和稳定性具有重要影响。

本文将介绍有机太阳能电池常见的器件结构及其工作原理。

1.单层有机太阳能电池结构1.1介电层单层有机太阳能电池的基本结构包括介电层、光敏层和电极。

介电层通常由聚合物材料组成，其作用是提高载流子的扩散长度和阻挡不同极性的载流子传输。

1.2光敏层光敏层是有机太阳能电池最关键的部分，通常由含有有机半导体材料的聚合物复合材料构成。

光敏层吸收光能，并将其转化为电能。

其中，光敏层的电子给体和受体分子之间的分相结构对光电转换效率起着关键作用。

1.3电极有机太阳能电池的电极一般分为阳极和阴极。

阳极通常采用透明导电材料，如氧化铟锡或氧化锡。

阴极通常是反射率较高的金属材料，如铝或钙。

2.双层有机太阳能电池结构双层有机太阳能电池是在单层结构的基础上引入了助剂层。

助剂层位于光敏层与电极之间，起到优化能带结构和增加载流子输运速率的作用。

2.1介电层双层结构的介电层与单层结构相似，其主要作用是阻止电子-空穴对的复合，提高器件的开路电压。

2.2助剂层助剂层一般由有机材料或无机材料构成，如有机小分子或金属氧化物。

助剂层的引入可以调节光敏层和电极之间的界面性质，提高载流子传输效率。

3.多层有机太阳能电池结构多层有机太阳能电池是在双层结构的基础上引入了多个光敏层和助剂层。

多层结构可以增加光吸收范围，提高光电转换效率。

3.1光敏层多层结构中的光敏层通常由不同吸收光谱范围的有机半导体材料构成。

各层之间通过适当的介电层和助剂层进行连接，以实现载流子的有效传输。

3.2助剂层多层结构中的助剂层的作用与双层结构相似，但需要适当调节不同层之间的能级匹配，以实现最佳的光电转换效率。

结论有机太阳能电池器件结构的不断优化和创新对其性能的提升至关重要。

通过调节介电层、光敏层和助剂层的组成和结构，可以改善载流子的传输和光吸收能力，提高光电转换效率和器件稳定性。

2024年SCI汇总

2024年是科学研究和学术出版的重要一年，有许多重要的研究成果被发表在学术期刊上。

以下是对2024年SCI文章的汇总，内容包括医学、生物学、化学、物理学等多个领域的重大研究成果。

医学领域方面，2024年的重大研究成果包括：1. "Identification of a Novel Coronavirus in Patients with Severe Acute Respiratory Syndrome"，由中国科学家发表在《新英格兰医学杂志》上。

该研究报道了一种与严重急性呼吸综合症相关的新型冠状病毒，它被命名为SARS-CoV-2，引发了全球范围内的COVID-19疫情。

2. "A Multistage DNA Vaccine against Mycobacterium tuberculosis"，由中国和美国科学家合作发表在《科学》上。

研究人员开发了一种基于DNA的多阶段疫苗，能够有效预防结核病，这是全球范围内一个重要的公共卫生问题。

生物学领域方面，2024年的重大研究成果包括：2. "Induced Pluripotent Stem Cell Lines Derived from Human Somatic Cells"，由日本科学家发表在《细胞》上。

研究人员成功地将人体成体细胞转化为诱导多能干细胞，这种细胞具有干细胞的特性，可用于研究疾病的发生机制和药物筛选。

化学领域方面，2024年的重大研究成果包括：1. "A Stable Triplet State at the Interface of GrapheneOxide Langmuir-Blodgett Films"，由中国科学家发表在《自然通讯》上。

研究人员发现了石墨烯氧化物薄膜中的一种稳定的三重态态，对于深入理解石墨烯的电子结构和光学性质具有重要意义。

苏州科技大学天平学院2018年大学生创新训练计划经费汇总表

物流1622
周荣华
34
第三团总支
大数据时代大学生文化自信现状及培养研究
郁睿璐、任洁、陈灵怡、曹欣宇、张倩雅
物流1622
糜皛、王玉玫
35
第三团总支
大学生资助政策执行及其效果的调查
刘腾飞、邹心鋆任馨茜许凌政
尹茜
物流1521
马彦
36
第三团总支
“独角兽”企业成长环境对苏州的借鉴研究
朱宇澄、王雪秀、徐晶、陆敏琦、孙璐
朱颖
副教授院级立项 1200
46
第六团总支
基于互联网＋大学生公益养老创新研究
周小顺、刘圣、许翔宇、姚缘、汪子寅
视传1621
苏燕
副教授院级立项 1200
47
第六团总支
大学生校外兼职现状调查分析及权益保护的研究
颜笑、张婧妍、陆凯、涂洁、陈遂心
环设1621
朱枫
助教
院级立项 1000
48
第六团总支
友谊
授
省级一般
5000
4
第四团总支
光子晶体对发光材料光致发光调控的研究
魏志、向胜福、陈星月、庄亲亲、郭旭
电子1622
吴婧
讲师
省级一般 5000
5
第四团总支
中央空调管道清洁机器人智能导航控制关键技术研究
朱梦静、徐佳晖、胡梦卿、陈本奇、虞金伟
通信1621
陶重犇
讲师
省级一般 6000
6 第四团总支超声振动手术刀结构设计研究
第一团总支
苏州地区公共场所标语翻译调查与研究
黄蜀秀、窦迎迎、周宇宁、吴悦
22
第一团总支

有机太阳能电池空穴传输材料的研究进展

有机太阳能电池空穴传输材料的研究进展袁峰;周丹;谌烈;徐海涛;陈义旺【摘要】有机太阳能电池是新一代固态薄膜电池,报道的能量转化效率已接近15％,成为可再生能源领域的研究热点.空穴传输材料是构成有机太阳能电池的重要组成部分,对有机太阳能电池的能量转换效率和稳定性有重要影响.目前应用于有机太阳能电池的空穴传输材料分为无机空穴传输材料和有机空穴传输材料两大类.无机空穴传输材料的可选择范围较窄,电池加工工艺相对苛刻.开发各类能级匹配、空穴迁移率高的有机空穴传输材料是提高有机太阳能电池能量转换效率和稳定性的有效手段,是目前的开发重点.本文主要综述了有机空穴传输材料分子结构对有机太阳能电池能量转换效率、填充因子、开路电压、短路电流和稳定性的影响,并对其能级、空穴迁移率、添加剂的使用等进行了讨论.最后详细论述了有机空穴传输材料未来的研究重点和发展趋势.【期刊名称】《功能高分子学报》【年(卷),期】2018(031)006【总页数】10页(P530-539)【关键词】有机太阳能电池;空穴传输材料;能级;能量转换效率【作者】袁峰;周丹;谌烈;徐海涛;陈义旺【作者单位】南昌航空大学材料科学与工程学院 ,南昌330063;南昌航空大学材料科学与工程学院 ,南昌330063;南昌大学化学学院 ,南昌330031;南昌航空大学材料科学与工程学院 ,南昌330063;南昌大学化学学院 ,南昌330031;南昌大学化学学院 ,南昌330031【正文语种】中文【中图分类】O631能源和环境问题是当前人类面临的两个最紧迫问题，低碳经济是当今最热门的话题。

太阳能是取之不尽、用之不竭的绿色能源，将太阳能转换成电能的太阳能电池是解决能源和环境问题、发展低碳经济的途径之一。

目前研究和开发的太阳能电池有：单晶硅、多晶硅、碲化镉和铜铟镓硒薄膜半导体、有机太阳能电池等。

前几种无机太阳能电池已经实现了商品化，能量转换效率介于22%～31%，但其缺点是电池制备成本高、原材料生产过程能耗高、污染重，这大大限制了其推广应用。

非富勒烯有机太阳能电池研究进展从器件物理到磁场效应

第41卷第12期2020年12月发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCEVol.41No.12Dec.,2020文章编号：1000-7032(2020)12-1598-16非富勒烯有机太阳能电池研究进展:从器件物理到磁场效应张彩霞，张湘鹏，张家豪，王恺*(北京交通大学理学院，光电子技术研究所，发光与光信息教育部重点实验室，北京100044)摘要：非富勒烯受体(NFA)材料是现阶段非常受欢迎的有机光电材料之一。

基于非富勒烯受体的有机体异质结(BHJ)太阳能电池发展迅速，其单结能量转换效率(PCE)现已达到18%。

有机半导体中单线态与三线态在磁场作用下的相互转换会影响其电子-空穴的解离与复合，从而对光伏性能有一定的影响。

此外，三线态激子寿命和扩散距离较长，三线态-电荷反应的几率较大，增加光电流，使得三线态材料对于光伏性能的提高具有一定的作用。

因此，本文主要从以下几个方面对非富勒烯有机太阳能电池进行叙述,首先讨论了有机太阳能电池中电荷分离、重组及能量损失对开路电压的影响;其次总结了有机太阳能电池磁场下自旋依赖的光物理过程及三线态材料在有机太阳能电池中的应用,了解二者对提高光伏性能的影响;最后对有机光伏性能的进一步提高以及有机半导体磁场下的自旋问题进行了展望。

关键词：非富勒烯有机太阳能电池；电荷分离与重组；能量损失；磁场效应；三线态受体材料中图分类号：TM914.4文献标识码：A DOI：10.37188/CJL.20200314Advances in Non-fullerene Organic Solar Cells:from Device Physics to Magnetic Field EffectsZHANG Cai-xia,ZHANG Xiang-peng,ZHANG Jia-hao,WANG Kai*(Key Laboratory qf厶uminescence and Optical Information,Ministry qf Education,Institute of Optoelectronic Technology,School of Science,Beijing Jiaotong University,Beijing100044,China)*Corresponding Author,E-mail:kaiwang@Abstract:Non-fullerene acceptor materials are one of the most popular organic optoelectronic materials at present anic bulk heterojunction(BHJ)solar cells based on non-fullerene accep-tors(NFAs)have been developing rapidly,and their single-junction power conversion efficiencies (PCE)have reached18%.The mutual conversion between singlets and triplets in organic semiconductors under the magnetic field will affect the dissociation and recombination for electrons and holes,thereby will have a certain impact on the photovoltaic performance.Moreover,the triplet excitons have a longer lifetime and diffusion distance,as well as higher probabilities for the tripletcharge reaction,which gives rise to the photocurrent,so that the triplet material has a certain effect on the improvement of photovoltaic performance.Thus,this article mainly discusses non-fullerene organic solar cells from the following aspects.Firstly,to discuss the effect of charge separation, recombination and energy loss on the open-circuit voltage；secondly,to talk about the spin-dependent photophysical process for the organic solar cells under the magnetic field and the application of the triplet materials in organic solar cells,both of which influence the improvement of photovoltaic 收稿日期：2020-10-20；修订日期：2020-11-02基金项目：国家自然科学基金(61634001,L1601651,11942413)；科技部国家重点研发计划国际间合作项目(2019YFE0108400)资助Supported by National Natural Science Foundation of China(61634001,U1601651,11942413)；Intergovernmental CooperationProject,National Key Research and Development Program,Ministry of Science and Technology,China(2019YFE0108400)第12期张彩霞，等：非富勒烯有机太阳能电池研究进展:从器件物理到磁场效应1599performance；finally,a prospective for further improvements of the organic photovoltaic performance and the spin problem under the organic semiconductor magnetic field will be given.Keywords：non-fullerene organic solar cells；charge separation and recombination；energy losses；magnetic field effects；triplet acceptor materials1引言非富勒烯受体(Nonfullerene acceptors,NFAs)分子具有合成相对简单、易于纯化、带隙可调节等优点,成为非常有潜力的有机光电材料之一，在半透明［1］、柔性［2-3］有机太阳能电池(Organic solar cells,OSCs)方面具有重要的研究意义和应用前景。

高分子材料在新能源行业中的应用研究

高分子材料在新能源行业中的应用研究随着全球能源需求的不断增长，新能源已成为人们研究的热点。

高分子材料作为一种新型的环保材料，具有很高的应用潜力和市场前景，因此，越来越多的研究者将目光投向了高分子材料在新能源领域中的应用。

1.绿色能源绿色能源是指利用可再生、清洁的能源，如太阳能、风能、水能等，以减少对传统化石能源的依赖，从而达到可持续发展的目的。

高分子材料在新能源领域的应用中也发挥着重要的作用，它们不仅丰富了新能源技术的品种，而且提高了新能源的效率。

2.太阳能电池太阳能电池是一种将太阳能直接转换成电能的器件。

高分子材料在太阳能电池中的应用，主要是利用它们优异的导电性、光学性能和稳定性。

常用的太阳能电池材料有有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池，它们都是采用高分子材料作为基底。

有机太阳能电池在应用中主要使用全有机材料或有机无机复合材料，由于其制备工艺简单、成本低、刻印成型等工艺特点，因此吸引了众多的研究者。

其中以共轭聚合物、富勒烯及其衍生物为主要材料，通过不同的结构调控和表面修饰可以对其电学、光学性质进行定制和改良，实现更高的光电转换效率。

染料敏化太阳能电池则以染料分子为敏化剂，将太阳能转换成电能，与传统的固态电池相比具有更高的效率和稳定性。

3.锂离子电池锂离子电池是目前最为先进的储能设备之一，其基本原理是通过锂离子在正负极之间的迁移来存储和释放电能。

高分子材料在锂离子电池中的应用，主要是作为电解质和隔膜。

电解质是传导离子的介质，而隔膜则起到防止正负极直接接触的作用。

聚合物电解质作为现代电池领域中的一种新材料，由于其比较好的热稳定性、导电性能和机械强度等，成为目前锂离子电池中最为重要的电解质和隔膜材料之一。

同时，研究人员还通过掺杂、复合、纳米化等手段对其性能进行优化和改善。

4.超级电容器超级电容器是一种新型储能器件，其原理是利用电极与电解液之间的电子迁移来储存电量。

高分子材料作为一种电解质，可以提高超级电容器的性能，使其具有更大的电容量和更长的使用寿命。