含稠环非富勒烯受体材料在有机太阳能电池给受体界面处电荷转移机制的理论探讨

发布时间：2020-12-06 02:33

　　近年来,传统化石能源的日益枯竭及其造成的环境污染问题日益严峻使得开发新型清洁可再生能源成为人们的迫切需求,其中对太阳能电池的研究则成为关注的焦点。有机太阳能电池（OSC）以其成本低、易调节和机械柔性好等优点在众多太阳能电池种类中脱颖而出。其中,包含电子给体和受体材料的活性层作为OSC的重要组成部分对调控器件整体性能具有十分重要的作用。目前,OSC中的电子给体材料已得到积极的发展,但电子受体材料的开发通常局限于富勒烯衍生物类材料。然而,富勒烯类材料的化学结构相对固定、能级调节困难以及光学吸收较弱等缺点限制了其在OSC中的进一步发展。为了解决以上问题,非富勒烯（NF）受体材料的开发将开辟OSC材料设计的新篇章。本文以NF稠环电子受体材料为主要研究对象,运用多种理论方法（密度泛函理论（DFT）、含时-DFT（TD-DFT）以及分子动力学（MD））对给体/受体（D/A）界面的电荷转移机制进行了深入的分析,并在此基础上设计了更加高效的NFOSC受体材料。主要研究内容如下:1.针对NFOSC性能较低的现象,在分子水平上对实验上合成的芴基受体材料（FENIDT）与经典受体材料PC₆₁

【文章来源】：东北师范大学吉林省 211工程院校 教育部直属院校

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NREL公布的1976-2017年间各种太阳能电池的历年最高PCE曲线

东北师范大学博士学位论文制备成的器件在光诱导下可以发生快速的电荷转移，并且电荷分离速率值远大于相应的重组速率值[8]。从此，富勒烯及其衍生物以其独特的共轭结构特点使得富勒烯 OSC 在一段时间内飞速发展，成为至今为止使用最广泛的 OSC 受体材料。1.2 有机太阳能电池（OSC）的结构OSC 电池自开始发展至今，器件结构的每一次改进都伴随着性能的显著提高。从具有单层肖特基（Schottky）结构的器件发展以来，相继发展了平面异质节，本体异质结，叠层结构，以及多元组分的活性层结构（图 1.2）。

SC 中光电转换过程机理示意图：（1）光吸收以及激子的生成；的扩散；（3）激子的解离；（4）载流子传输以及收集同时，活性层中给体和受体的组合具有互补的吸收光谱也是十于有机材料的多样性，OSC 在有机材料的选取方面具有灵活的OSC 的一个优势。此外，利用有机材料近红外吸收的特点，最得了明显的突破，并有望在不久的将来实现应用[38, 39]。


本文编号：2900553