Electron-Hole Separation Dynamics and Optoelectronic Properties of a PCE10:FOIC Blend
本研究结合稳态/瞬态光谱与DFT计算，揭示PCE10:FOIC共混体系中空穴分离时间常数为(1.3±0.3) ps、电荷分离效率约60%，为高效有机光伏材料设计提供依据。
2025-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Rationalizing the influence of tunable energy levels on quantum efficiency to design optimal non-fullerene acceptor-based ternary organic solar cells
基于非富勒烯受体（NFA）的三元本体异质结太阳能电池（TSC）是当今最高效的有机太阳能电池（OSC），这是由于其更宽的吸收和量子效率（QE）通常超过相应的二元共混物。我们研究了在电子供体：电子受体（D/A）界面驱动电荷转移的能量学如何影响PBDB-T-2F供体与几对较低带隙NFA的共混物中的QE。在二元共混物中，供体和受体之间的电离能偏移（ΔIE）控制QE，并且当ΔIE > 0.5 eV时最大化。然而，ΔIE不是由单个NFA IE控制的，而是由它们的平均值控制的，根据它们的混合比加权。使用该性质，我们通过添加深IE第三组分：IT-4F来改善对于电荷产生具有不足的ΔIE的PBDB-T-2F：IEICO二元共混物的QE。组合两个NFA使得能够在没有分子工程的情况下优化D/A能量对准和细胞的QE。
2023-02-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Charge transfer via deep hole in the J51/N2200 blend
在最近开发的基于非富勒烯受体（NFA）的有机太阳能电池（OSC）中，供体和受体部分都可以通过吸收可见光子来激发。因此，在基于NFA的OSC中，电子转移和空穴转移通道都可以发生在供体/受体界面处，用于产生自由载流子。然而，在许多分子和DNA系统中，最近的研究表明，高电荷转移（CT）效率不能合理地解释由CT模型只有最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）的供体和受体分子。本文以一种由苯并二噻吩-苯并三唑共聚物（J51）为给体，萘二酰亚胺-联噻吩（N2200）为受体的全聚合物共混物为例，研究了其CT过程，考察了不同前线分子轨道的不同作用.通过量子力学电子结构计算和非绝热动力学模拟的联合研究，我们发现J51和N2200的HOMO之间几乎不发生空穴转移，而N2200的HOMO向J51的HOMO-1的空穴转移要有效得多。指出了深空穴通道在CT过程中的重要性，指出了在分子光电子材料中建立一个研究CT过程的物理模型时，除了考虑HOMO和LUMO外，还必须考虑前线分子轨道（FMO）.
2020-07-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Detailed study of N,N'-(diisopropylphenyl)- terrylene-3,4:11,12-bis(dicarboximide) as electron acceptor for solar cells application
本文报道了以聚3-己基噻吩（P3 HT）为电子给体，三萘嵌苯-3，4：11，12-二甲酰亚胺（TDI）为电子受体的体异质结太阳能电池。与纯P3 HT相比，在共混物中观察到增强的吸收。如非常有效的光致发光（PL）淬灭所示，所产生的激子在供体和受体之间的界面处被收集，在那里它们分离成我们通过光致吸收和电子自旋共振（ESR）检测到的电荷。飞行时间（TOF）的光电导测量揭示了良好的电子迁移率为10-3厘米2 V-1 s-1的共混物。然而，太阳能电池中的光电流被发现是令人惊讶的低。支持的外部量子效率（EQE）的光谱，以及通过X-射线衍射和原子力显微镜的形态学研究，我们解释我们的观察通过在阳极界面，防止有效地产生的电荷被提取TDI空穴阻挡层的形成。
2011-10-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Lyman spectra of holes bound to Cu, Ag, and Au acceptors in ZnTe and CdTe
IB族杂质（Cu，Ag和Au）纳入II-VI族锌基质的ZnTe和CdTe表现出良好的解决激发线，然后在其红外吸收光谱的光电离连续。它们与从“类1 s”基态到各种“类p”激发态的跃迁有关，这种跃迁是束缚在库仑中心的空穴的特征。它们的间距与有效质量理论中预测的单受体一致，正如IB族元素取代取代主机的IIB族阳离子所预期的那样。莱曼跃迁的同时激发的发生与区域中心的纵向光学声子相结合，因此躺在光电离连续和显示Fano样的不对称性的功能描述和解释。
2009-04-28 cond-mat.mtrl-sci
The critical role of the donor polymer in the stability of high-performance non-fullerene acceptor organic solar cells
在非富勒烯电子受体（NFA）的快速发展的推动下，有机太阳能电池（OSC）的功率转换效率已经达到适合商业应用的水平。然而，高性能NFA OSC的运行稳定性差是必须解决的一个基本挑战。虽然以前的研究主要集中在NFA组件，我们认为在这里的供体和受体材料在基准PM 6：Y 6混合物的降解途径。在这里，我们表明，光浸泡大大增加了充满活力的无序和陷阱态密度在PM 6，与Y 6的影响不大。电子顺磁共振光谱证实了这一点，它揭示了通过光浸泡后PM 6上的捕获极化子增加复合。此外，对光浸泡样品的超快光谱研究表明，PM 6单重态激子在低于100 fs的时间尺度上迅速转化为链间极化子对;这个过程胜过电子转移到Y 6，显着降低了共混物的电荷产生产率。我们在母体聚合物PBDB-T中进行了类似的观察，表明迄今为止用于大多数高性能OSC的这类供体材料对光浸泡本质上是不稳定的。因此，我们揭示了供体聚合物可以是高效OSC系统中的另一个关键薄弱环节，其降解机制需要与NFA共同解决。
2021-12-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dynamics of the sub-ambient gelation and shearing of solutions of P3HT incorporated with a non-fullerene acceptor o-IDTBR towards active layer formation in bulk heterojunction organic solar cells
有机太阳能电池（OSC）含有由共轭聚合物如聚（3-己基噻吩）（P3 HT）和电子受体分子的纳米结构共混物组成的活性层，具有与硅基光伏板竞争的潜力。然而，这一潜力尚未实现，主要是由于相关的生产和稳定性问题。通常用于制造有机太阳能电池的旋涂工艺不能按比例放大。最近，他等人，已经报道了P3 HT与[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PC60 BM）在低于环境温度的条件下的凝胶化可以为有机太阳能电池的加工提供基于连续挤出/涂覆的途径，并且P3 HT/PC60 BM活性层的功率转换效率（PCE）的增加在P3 HT/PC60 BM凝胶的某些剪切和热历史下是可能的。在这里，振荡和稳定的扭转流被用来研究凝胶形成动力学的P3 HT与最近提出的非富勒烯o-IDTBR在亚环境条件下。通过小振幅振荡剪切确定的线性粘弹性材料功能的基础上定义的凝胶强度被观察到的P3 HT和o-IDTBR浓度，所用的溶剂和剪切条件的函数。总体而言，在小振幅振荡剪切过程中，发现淬火至零度以下温度后形成的凝胶是稳定的（线性粘弹性范围），但即使在与稳定扭转流相关的相对低的剪切速率下也会破裂，这表明在P3 HT与小分子受体共混物的凝胶加工过程中使用的剪切条件可以改变凝胶结构并可能影响所得的活性层性能
2020-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric study of the glass transition of PET/PEN blends
分析了具有相似化学结构的四种材料的玻璃化转变：PET、PEN和两种PET/PEN共混物（90/10和70/30 w/w）。在共混物的熔融加工过程中，酯交换反应产生作为增容剂的嵌段和无规PET/PEN共聚物。用~ 1H-NMR和DSC对所得共混物进行了表征。90/10和70/30共聚物的无规度分别为0.38和0.26。差示扫描量热法（DSC）表明，这种共聚合足以使共混物相容。α弛豫，玻璃化转变的介电表现，已被研究的热刺激去极化电流（TSDC）。通过弛豫图分析，将弛豫分解为基本模式。玻璃化转变模式的活化能在四种材料之间没有显着变化：在所有情况下，具有较大贡献的模式约为3 eV，未检测到小于1 eV的模式。指前因子的变化完全解释了材料之间的弛豫时间变化，其随着PEN含量的增加而变大。补偿规律得到满足，补偿曲线收敛于高频模式。由于聚合物主链的刚度增加，极化率随着PEN含量增加而降低。协同性的分析表明，分布的中心模式是最合作的，而高频模式往往表现得更像Arrhenius。由于弛豫时间分布的不对称性，低频模式很难研究。PEN被证明是不太合作的材料。它演示了如何从介电研究中获得的参数是能够重现DSC扫描的量热数据，因此，玻璃化转变的有效描述。
2012-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Incorporating fluctuations and dynamics in self-consistent field theories for polymer blends
我们回顾了各种方法来调查的静态和动态的集体组成波动在密集的聚合物混合物内波动场的方法。涨落场论的中心思想是用辅助场（通常是复场）上的积分来重写相互作用多链系统的配分函数，这些辅助场是通过适当的Hubbard-Stratonovich变换引入的。热力学平均值，如平均组成和结构因子，可以精确地表示为这些场的平均值。我们讨论了不同的分析和数值方法来研究这样一个理论：自洽场的方法解决了鞍点近似的波动场的积分。广义随机相位近似允许将高斯波动周围的鞍点。场论聚合物模拟是用来研究统计力学的完整系统与复杂的朗之万或蒙特卡罗方法。不幸的是，他们被一个标志问题的存在所阻碍。在稠密系统中，后者可以通过调用耦合到总密度的复场的鞍点近似来避免而不损失基本物理。这就引出了外部势理论。我们调查的条件下，这种近似是准确的。最后，我们讨论了最近的方法来制定现实的动态时间演化方程，这样的模型。该方法说明了两个例子：波动诱导形成的聚合物微乳液在聚合物-共聚物混合物的研究，和研究的早期阶段的调幅分解在二元共混物。
2005-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
CTRAMER: An open source software package for correlating interfacial charge transfer rate constants with donor acceptor geometries in organic photovoltaic materials
在本文中，我们提出了CTRAMER（电荷转移速率从分子动力学，电子结构和速率理论），一个开源的软件包计算界面电荷转移（CT）速率常数的有机光伏（OPV）材料的基础上从头计算和分子动力学模拟。该软件的基础上，确定从分子动力学模拟的供体-受体共混物的界面结构内的代表性的供体-受体几何形状和计算相应的费米黄金法则CT速率常数的框架内的线性化半经典近似。虽然所使用的方法是完善的，这些国家的最先进的想法从不同的学科研究光致CT之间的激发态和明确的环境的整合，在我们看来，使这个包独特和创新。该软件还提供了绘制其他感兴趣的观测值的工具。概述的功能和实施细节后，使用和性能的软件演示了一个例子OPV系统的结果。
2021-05-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum simulations of charge-separation at a model donor-acceptor interface: role of delocalization and local packing
采用混合分子力学/量子力学（MM/QM）方法研究了由聚亚苯基亚乙烯基（PPV）低聚物和[6，6]-苯基C61-丁酸甲酯（PCBM）共混物组成的模型有机光伏（OPV）体系的电子动力学.使用一个启发式的模型，连接能隙波动的平均电子耦合和退相干时间，我们提供和估计的状态到状态的内部转换率在最低的几个电子激发的歧管。我们表明，OPV的电子动力学的显着改变，通过改变在界面处模拟的分子的位置。最低的几个激发态的模型界面迅速混合，允许低频C-C出平原扭转调制的势能面，这样的系统可以采样分子间的电荷转移和电荷分离的电子配置上的子100 fs的时间尺度。我们的模拟支持OPV系统中载流子产生的新图像，其中界面电子态可以通过与振动自由度的耦合迅速衰减为电荷分离和电流产生状态。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Transport and Spectroscopic Studies of the Effects of Fullerene Structure on the Efficiency and Lifetime of Polythiophene-based Solar Cells
对于含有聚合物聚的太阳能电池共混物，观察到了功率转换效率和紫外-可见吸收光谱的时间依赖性测量（3-己基噻吩-2，5-二基）（P3 HT）与两种不同的官能化C60电子受体分子：市售的[6，6]-苯基C61丁酸甲酯（PCBM）或[6，6]-苯基C61丁酸十八烷基酯（PCBOD）。效率被发现以指数时间依赖性衰减，而光谱特征显示饱和指数行为。从这两种类型的测量中提取的时间常数显示出从相同共混物生产的样品的合理一致性。与PCBM样品相比，PCBOD共混物的稳定性显著增强，而吸收和功率转换效率均降低。
2011-08-31 cond-mat.mtrl-sci
New 3,3'-(ethane-1, 2-diylidene)bis(indolin-2-one) (EBI)-based small molecule semiconductors for organic solar cells
以3，3 '-（1，2-二亚乙基）二吲哚啉酮（EBI）为电子受体结构单元，配以噻吩、联噻吩和苯并呋喃为电子给体封端基团，合成并表征了一系列D-A-D结构的小分子化合物.当稠环苯并呋喃结合到EBI（EBI-BF）时，分子显示出完美的平面构象，并在这些EBI化合物中提供最好的电荷传输性能，空穴迁移率高达0.021 cm 2 V-1 s-1。所有基于EBI的小分子与PC61 BM受体一起用作供体材料，用于制造溶液处理的本体异质结（BHJ）太阳能电池。性能最好的光伏器件是基于使用联噻吩封端部分（EBI-2 T）的EBI衍生物，其最大功率转换效率（PCE）为1.92%，这是由于EBI-2 T的宽吸收光谱和BHJ的适当形态。为了建立分子结构和薄膜形态之间的相关性，对每种材料的纯膜和共混膜进行差示扫描量热法、原子力显微镜和X射线衍射分析。
2017-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Charge Transfer States in Donor Acceptor Bulk Heterojunctions as Triplet Triplet Annihilation Sensitizer for Solid-State Photon Upconversion
本文构建DIB-SQ:PCBM近红外敏化层与DBP掺杂红荧烯湮灭层的多层体系，通过调控电荷转移态促进TTA，在690 nm实现1.36%量子产率和低阈值固态光子上转换。
2025-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Influence of Phase Segregation on Recombination Dynamics in Organic Bulk-Heterojunction Solar Cells
研究了聚（2，5-双（3-十二烷基噻吩-2-基）噻吩并[2，3-b]噻吩）（pBTCT-C12）：[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PC61 BM）共混体系（给体-受体比分别为1：1和1：4）有机体异质结太阳能电池中载流子的复合动力学。采用线性升压载流子引出技术（photo-CELIV）和时间分辨微波电导率（TRMC）作为局部探针。我们在光CELIV实验中观察到初始提取的载流子浓度相差一个数量级，我们将其归因于1：1 pBTCT-C12：PC 61 BM本体异质结太阳能电池中由于具有隔离相区域的精细互穿网络而增强的成对复合。相比之下，1：4共混装置中的广泛相分离导致有效的极化子产生，从而导致太阳能电池的短路电流密度增加。对于这两个研究的比率的极化子的双分子复合被发现使用的互补实验。温度低于300 K时，载流子的衰变级数为2以上，这可以用俘获电荷的释放来解释。这种机制导致延迟的双分子复合过程。实验结果可以推广到所有的聚合物：富勒烯共混体系允许相分离。
2011-07-08 cond-mat.mtrl-sci
