有机小分子太阳能电池与研究进展ppt课件
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[3]. 任静,孙明亮. 苯并二噻吩基小分子高效有机太阳能电池研究进展[J]. 有机化 学,2016,(10):2284-2300.
[4]. 张超智,顾曙铎,袁阳,徐洪飞,沈丹,李世娟,蒋威. 石墨烯在有机/聚合物太阳能电池中 的应用进展[J]. 高分子通报,2016,(06):31-37.
[5]. Baran D, Ashraf R S, Hanifi D, et al. Reducing the efficiency-stability-cost gap of organic photovoltaics with highly efficient and stable small molecule acceptor ternary solar cells[J]. Nature Materials, 2016.
1）如何在尽量不降低开路电压Voc 和填充因子FF 的前提下, 尽可能 提高短路电流密度Jsc； 2）小分子化学结构与器件物理性能间的相关性如何； 3）光伏器件活性层形貌控制与优化问题； 4）器件稳定性问题； 5）受体材料较贵，是否可以尝试使用相对经济高效的非富勒烯受 体。
目前BDT 基PSC 聚合物分子设计主要集中在BDT的侧链修 饰与受体单元的选择优化。
有机小分子太阳能电池
报告人：
1
参考文献
[1]. 李在房,彭强,和平,王艳玲,侯秋飞,李本林,田文晶. 可溶液加工给体-受体有机小分子 太阳能电池材料研究进展[J]. 有机化学,2012,(05):834-851.
[2]. 吴启超,袁小亲,陆振欢,刘勇平,杨建文,海杰峰,张灵志. 太阳能电池有机电子传输材 料研究新进展[J]. 材料导报,2016,(11):44-49+67.
5
有机小分子太阳能电池
与聚合物有机光电器件 (POPV)相比, 小分子有 机光电器件(SM-OPV) 有许多重要优势:
(1)分子结构统一,差异性更少; (2)一般具有更高的开路电压(Voc); (3)空穴迁移率一般高于相应的聚合物材料; (4)可以通过控制分子的化学结构调整能
几种研究较多的小分子：
[6]. Zhang Q, Kan B, Liu F, et al. Small-molecule solar cells with efficiency over 9%[J]. Nature Photonics, 2015, 9(1): 35-41.
[7]. "Solution-processed organic tandem solar cells with power conversion efficiencies >12%",Miaomiao Li†, Ke Gao†, Xiangjian Wan*,, Xiaobin Peng*, Yong Cao and Yongsheng Chen* , Nature Photon., 2017, 11, 85–90
无机体系
太阳能 电池
无机有机 掺杂体系
有机体系
硅太阳 能电池
化合物 半导体 电池
Leabharlann Baidu
染料敏 化太阳 能电池
其他
小分子 有机物
高分子 4
小分子有机太阳能电池
有机材料特点：
1）化学可变性大，可通过多种途 径来改变分子结构，从而调整材料 的光电性质和提高载流子的传输能 力； 2）加工容易，可大面积成膜； 3）原料来源广泛，价格便宜，成 本低廉； 4）可制备成柔性薄膜，易加工成 各种形状以适应不同环境的使用
2
目录
一、有机小分子太阳能电池 二、主要研究内容 三、苯并二噻吩基小分子有机太 阳能电池研究进展 四、讨论
3
有机小分子太阳能电池
有机小分子太阳能电池：有机太阳能电池，就是由有机材料构成核 心部分，基于有机半导体的光生伏特效应，通过有机材料吸收光子 从而实现光电转换的太阳能电池。 有机物半导体材料按分子量分 为高聚物和小分子，有机半导体材料为小分子时，称为有机小分子 太阳能电池
8
苯并二噻吩基小分子有机太阳能电池研究进展
目前, 以BDT单元为中心 构筑单元的小分子, 其分 子模型主要包括如下两类:
其中, R1 可以是烷氧、烷硫链, 也可以是共轭的含噻吩、苯酚、硒 酚等的侧链; R2 是封端集团, 如氰基乙酸辛酯、罗丹宁等; Acceptor 是受体单元, 如吡咯并吡咯二酮(DPP)、二噻吩苯并噻 二唑(DTBT)、噻吩并吡咯二酮(TPD)等。
（1）苯并二噻吩基有机小分子 （2）2,1,3-苯并噻二唑类给-受体有机小分子 （3）氰基类给体-受体有机小分子 （4）基于吡咯并吡咯二酮构建的给体-受体有机小分子 （5）基于份菁、硼络合二吡咯和方酸构建的给体-受体有机小分子 （6）基于其它吸电子基团构建的给体-受体有机小分子
6
主要研究内容
主要问题：
7
苯并二噻吩基小分子有机太阳能电池研究进展
聚合物太阳能电池（PSC）聚合物中的给体单元种类繁多, 主要包 括： 1. 噻吩 2. 二噻吩并[2,3-b:4',5'-d]噻咯(DTS) 3.苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩基(BDT) 4. 咔唑 5. 芴等。
与其他给体构筑单元相比, BDT 单元具有大的刚性平面共轭结构, 提高了π电子的离域能力和分子间的π-π 相互作用, 且BDT 单元容 易进行化学修饰, 方便合成, 且BDT光伏材料光电效率很高, 成为目 前有机太阳能电池给体材料研究中的一个“明星分子”单元, 在有 机太阳能电池方面表现出巨大潜力。 鉴于BDT 单元在聚合物太阳能电池上取得巨大进步, 人们开始尝试 把它作为分子核心来构建可溶液加工的有机小分子, 并探讨它们在 有机太阳能电池上的应用。
因此，有机材料被广泛地应用在太 阳能电池领域。有机太阳能电池材 料也就成为了近十几年来的研究热 点。
同聚合物相比较，有机小分子：
1）具有明确的分子结构 2）固定的分子量 3）较高的纯度 4）较好的重复性
这些特点使其在有机太阳能电池中 更加受到人们的青睐。
小分子有机材料可以作为有机电子 传输材料，也可以作为给体-受体 (D-A)材料。 给体-受体(D-A)型有机小分子材料 表现出较宽的吸收光谱、较好的空 气稳定性、易于调节的能级水平和 光电性质, 已经成为有机太阳能电 池研究的新的增长点.
[4]. 张超智,顾曙铎,袁阳,徐洪飞,沈丹,李世娟,蒋威. 石墨烯在有机/聚合物太阳能电池中 的应用进展[J]. 高分子通报,2016,(06):31-37.
[5]. Baran D, Ashraf R S, Hanifi D, et al. Reducing the efficiency-stability-cost gap of organic photovoltaics with highly efficient and stable small molecule acceptor ternary solar cells[J]. Nature Materials, 2016.
1）如何在尽量不降低开路电压Voc 和填充因子FF 的前提下, 尽可能 提高短路电流密度Jsc； 2）小分子化学结构与器件物理性能间的相关性如何； 3）光伏器件活性层形貌控制与优化问题； 4）器件稳定性问题； 5）受体材料较贵，是否可以尝试使用相对经济高效的非富勒烯受 体。
目前BDT 基PSC 聚合物分子设计主要集中在BDT的侧链修 饰与受体单元的选择优化。
有机小分子太阳能电池
报告人：
1
参考文献
[1]. 李在房,彭强,和平,王艳玲,侯秋飞,李本林,田文晶. 可溶液加工给体-受体有机小分子 太阳能电池材料研究进展[J]. 有机化学,2012,(05):834-851.
[2]. 吴启超,袁小亲,陆振欢,刘勇平,杨建文,海杰峰,张灵志. 太阳能电池有机电子传输材 料研究新进展[J]. 材料导报,2016,(11):44-49+67.
5
有机小分子太阳能电池
与聚合物有机光电器件 (POPV)相比, 小分子有 机光电器件(SM-OPV) 有许多重要优势:
(1)分子结构统一,差异性更少; (2)一般具有更高的开路电压(Voc); (3)空穴迁移率一般高于相应的聚合物材料; (4)可以通过控制分子的化学结构调整能
几种研究较多的小分子：
[6]. Zhang Q, Kan B, Liu F, et al. Small-molecule solar cells with efficiency over 9%[J]. Nature Photonics, 2015, 9(1): 35-41.
[7]. "Solution-processed organic tandem solar cells with power conversion efficiencies >12%",Miaomiao Li†, Ke Gao†, Xiangjian Wan*,, Xiaobin Peng*, Yong Cao and Yongsheng Chen* , Nature Photon., 2017, 11, 85–90
无机体系
太阳能 电池
无机有机 掺杂体系
有机体系
硅太阳 能电池
化合物 半导体 电池
Leabharlann Baidu
染料敏 化太阳 能电池
其他
小分子 有机物
高分子 4
小分子有机太阳能电池
有机材料特点：
1）化学可变性大，可通过多种途 径来改变分子结构，从而调整材料 的光电性质和提高载流子的传输能 力； 2）加工容易，可大面积成膜； 3）原料来源广泛，价格便宜，成 本低廉； 4）可制备成柔性薄膜，易加工成 各种形状以适应不同环境的使用
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目录
一、有机小分子太阳能电池 二、主要研究内容 三、苯并二噻吩基小分子有机太 阳能电池研究进展 四、讨论
3
有机小分子太阳能电池
有机小分子太阳能电池：有机太阳能电池，就是由有机材料构成核 心部分，基于有机半导体的光生伏特效应，通过有机材料吸收光子 从而实现光电转换的太阳能电池。 有机物半导体材料按分子量分 为高聚物和小分子，有机半导体材料为小分子时，称为有机小分子 太阳能电池
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苯并二噻吩基小分子有机太阳能电池研究进展
目前, 以BDT单元为中心 构筑单元的小分子, 其分 子模型主要包括如下两类:
其中, R1 可以是烷氧、烷硫链, 也可以是共轭的含噻吩、苯酚、硒 酚等的侧链; R2 是封端集团, 如氰基乙酸辛酯、罗丹宁等; Acceptor 是受体单元, 如吡咯并吡咯二酮(DPP)、二噻吩苯并噻 二唑(DTBT)、噻吩并吡咯二酮(TPD)等。
（1）苯并二噻吩基有机小分子 （2）2,1,3-苯并噻二唑类给-受体有机小分子 （3）氰基类给体-受体有机小分子 （4）基于吡咯并吡咯二酮构建的给体-受体有机小分子 （5）基于份菁、硼络合二吡咯和方酸构建的给体-受体有机小分子 （6）基于其它吸电子基团构建的给体-受体有机小分子
6
主要研究内容
主要问题：
7
苯并二噻吩基小分子有机太阳能电池研究进展
聚合物太阳能电池（PSC）聚合物中的给体单元种类繁多, 主要包 括： 1. 噻吩 2. 二噻吩并[2,3-b:4',5'-d]噻咯(DTS) 3.苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩基(BDT) 4. 咔唑 5. 芴等。
与其他给体构筑单元相比, BDT 单元具有大的刚性平面共轭结构, 提高了π电子的离域能力和分子间的π-π 相互作用, 且BDT 单元容 易进行化学修饰, 方便合成, 且BDT光伏材料光电效率很高, 成为目 前有机太阳能电池给体材料研究中的一个“明星分子”单元, 在有 机太阳能电池方面表现出巨大潜力。 鉴于BDT 单元在聚合物太阳能电池上取得巨大进步, 人们开始尝试 把它作为分子核心来构建可溶液加工的有机小分子, 并探讨它们在 有机太阳能电池上的应用。
因此，有机材料被广泛地应用在太 阳能电池领域。有机太阳能电池材 料也就成为了近十几年来的研究热 点。
同聚合物相比较，有机小分子：
1）具有明确的分子结构 2）固定的分子量 3）较高的纯度 4）较好的重复性
这些特点使其在有机太阳能电池中 更加受到人们的青睐。
小分子有机材料可以作为有机电子 传输材料，也可以作为给体-受体 (D-A)材料。 给体-受体(D-A)型有机小分子材料 表现出较宽的吸收光谱、较好的空 气稳定性、易于调节的能级水平和 光电性质, 已经成为有机太阳能电 池研究的新的增长点.