活性层形貌可控的三元有机太阳能电池

近年来,由多组分材料共混构建的三元体系有机太阳能电池受到越来越多的关注.由于三元器件主要是通过各组分共混,采用溶液加工的方法制备器件的活性层,因而如何通过第三组分材料的引入来调控各组分分子间的相互作用力、分相方式、聚集尺度、以及分子以何种方式排列等是人们关注的焦点.这些因素对三元有机太阳能的器件的开路电压、短路电流和填充因子等参数和太阳能电池的最终效率具有较大的影响.本文主要总结了基于PC71BM受体的三元体系有机太阳能电池,包括:通过第三组分材料的引入来实现三元器件中"类合金模型"的形成;同一三元体系中,在不同共混比例下"类合金模型与平行模型"的共存现象;同一三元体系相同共混比例下,"类合金模型"与"级联(Cascade)模型"之间的转化,以及哪种工作机制更有利于激子的分离与电荷的收集.本文为深入理解三元体系有机太阳能电池活性层形貌结构与器件性能之间的关系,进一步提升器件性能提供了参考.     

有机单晶电致发光器件研究进展

有机单晶半导体材料由于分子排列有序、高稳定性和高载流子迁移率等优点,成为一类具有应用潜力的光电子材料,在光电器件领域获得了广泛的应用.特别是其弥补了无定形态有机薄膜在热稳定性和载流子迁移率等方面的不足,有机单晶在有机电致发光器件(OLED)方面展现了潜在的应用前景.有机单晶OLED器件从最初的点发光到成功实现了面发光,器件性能不断提升.本文聚焦有机单晶OLED,系统总结了材料和器件制备工艺以及器件性能优化等方面的研究进展,同时讨论了有机单晶OLED性能进一步提升所面临的瓶颈难题和可行的解决方案.     

基于1,2-二(2-吡啶甲酰胺基)苯铜形成的配位聚合物网络晶体

合成了1,2-二(2-吡啶甲酰胺基)苯铜(Cu(bpb))配合物, 以该配合物为基本构筑基元(building block), 通过分子间配位键及氢键相互作用形成了超分子配位聚合物. 用X射线单晶衍射的方法获得了配位聚合物的单晶结构, 单晶结构分析结果表明, 在Cu(bpb)晶体中由于分子间一维无限伸展的弱配位键相互作用, 形成了一维分子柱(molecular column), 许多一维分子柱沿同一方向取向、排列构成三维网络晶体, 分子柱之间有氢键相连, 这些氢键沿晶体学bc平面无限伸展. 以Cu(bpb)为构筑基元, 通过分子间一维配位键作用结合二维氢键作用, 形成了超分子配位聚合物.     

基于超宽带隙聚合物给体的有机太阳能电池效率超过16％

正有机太阳能电池具有质轻价廉、柔韧性好、易于制备大面积器件等独特的优势,备受国内外科学界和产业界的关注,成为新能源领域的研究热点之一.有机太阳能电池的关键材料是聚合物或小分子给体材料和富勒烯或非富勒烯受体材料.近年来,得益于非富勒烯受体材料的开发,有     

电场诱导有机分子超薄膜的二阶非线性增强效应

理论和实验表明,许多有机分子的超极化率β比无机材料的大2～3个数量级[1].这些有机分子一般都带有强的电子给体和受体,并通过离域的共轭π键连接起来.除分子结构外,分子的排列取向、聚集种类和程度等是决定Ｌａｎｇｍｕｉｒ＿Ｂｌｏｄｇｅｔｔ(ＬＢ)膜宏观物理特性的主要因素.因此,分子在ＬＢ膜中的有序排列、取向及其控制成为研制ＬＢ膜实用器件的关键问题之一.通过旋转样品光学二次谐波产生以及稳态荧光、时间分辨荧光测量技术,我们研究了直流电场对有机分子的排列取向以及二阶非线性光学特性的影响,观察到了电场诱导有机分子超薄膜的二…     

荧光三维共价有机框架的研究进展

共价有机框架(covalent organic frameworks, COFs)是一种由有机分子构筑单元通过共价组装形成的二维或三维晶态有机多孔材料,是当前化学和材料科学领域的前沿研究方向.其中,荧光COF因其具有较高结晶性、固有的开放多孔结构及稳定性等特点,在荧光传感领域中的应用受到广泛关注.目前,荧光COF的研究主要集中于层状堆积的荧光二维COF,荧光三维COF的报道则较少.事实上,三维COF中分子构筑单元通过共价键连接在三维空间延伸扩展,可有效抑制荧光基团因堆积引起的荧光猝灭过程,是一种构筑发光材料的理想平台,引起研究者的关注.本文首先综述了近年来荧光三维COF的合成方法,包括直接合成法及后合成修饰法.其次,总结了荧光三维COF在爆炸物检测、挥发性有机物检测及金属离子检测方面的传感应用.此外,简要介绍了荧光三维COF在发光器件和成像方面的研究进展.最后,还对荧光三维COF所面临的挑战及未来的发展前景进行了讨论,旨在为荧光三维COF的设计、合成和应用提供参考.     

开路状态下平面异质结有机太阳能电池的数值模型

运用数值方法, 系统研究了开路状态下平面异质结有机太阳能电池受体层的最低未占据分子轨道(LUMO)能级和阴极Fermi 能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度对器件内部载流子浓度、电场和电势分布的影响, 得到了载流子浓度、电场和电势分布随受体层的LUMO 能级和阴极Fermi 能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度变化的定量关系, 这为以后的平面异质结有机太阳能电池开路状态下的实验研究提供了理论基础.     

钙钛矿太阳能电池中有机空穴传输材料掺杂方法研究进展

新一代有机无机杂化钙钛矿太阳能电池展示出高光电转换效率(25%)、低材料成本和简易制作工艺等优势,被认为是最有应用前景的新一代光伏技术.钙钛矿太阳能电池的未来规模化应用对其稳定性提出了更高的要求.其中空穴传输层是高效率钙钛矿太阳能电池不可或缺的组分,对提升器件的稳定性起至关重要的作用.近年来,随着新型空穴传输材料的开发以及对材料掺杂过程的理解,化学掺杂剂的选择与设计是提升空穴传输材料导电性和稳定性的关键因素之一.基于目前开发的掺杂剂种类和对掺杂机理的了解和认识,本文回顾性总结了有机空穴传输材料化学掺杂方法的研究进展.     

开路状态下平面异质结有机太阳能电池的数值模型

运用数值方法,系统研究了开路状态下平面异质结有机太阳能电池受体层的最低未占据分子轨道(LUMO)能级和阴极Fermi能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度对器件内部载流子浓度、电场和电势分布的影响,得到了载流子浓度、电场和电势分布随受体层的LUMO能级和阴极Fermi能级之间的势垒、给体层厚度和受体层厚度变化的定量关系,这为以后的平面异质结有机太阳能电池开路状态下的实验研究提供了理论基础.     

有机试剂对胰岛素晶体生长的影响

当前,用X射线单晶衍射方法研究生物大分子三维结构的重大难题之一是获得生物大分子晶体。生物大分子晶体生长的要害是寻找出可用于X射线衍射分析用的单晶体的最佳生长条件。在晶体生长条件的摸索中,选择有机试剂的种类和浓度一直是人们所关注的问题。 为了考查有机试剂对蛋白质晶体生长的影响,我们选择了不带电荷、对晶体生长体系     

基于蒽的高效率π-π作用双分子发光:激基缔合物再认识

在有机π-共轭分子固体发光材料中,强分子间π-π相互作用通常猝灭发光.然而,在蒽衍生物晶体中,我们发现了一类高效率、长寿命的蒽π-π作用双分子发光体系,并揭示了其高发光效率的本质:一方面,发光态等同于激基缔合物,压缩的双分子激发态π-π面间距离增强了体系刚性,降低了非辐射跃迁速率;另一方面,离散的二聚体π-π堆积结构导致了单一的、纯净的双分子发光态,避免低能量陷阱的"暗态"形成,有效地抑制了非辐射能量转移.本文不仅提出了基于蒽的高效率双分子发光材料的分子结构设计策略,成功地构筑了固体中离散的蒽二聚体π-π堆积结构,而且展望了超分子发光材料的最新进展、存在问题和应用前景.通过分子(堆积)结构-激发态性质-发光性能之间的关系研究,发展新一代超分子发光材料的新概念、新原理与新应用.     

1.0eV GaAs基InAs量子点太阳能电池

三结InGaP/GaAs/Ge太阳能电池理论设计中加入带隙为1.0 eV的材料代替带隙为1.4 eV的GaAs中间电池有助于解决多结串联电池的电流阻塞效应实现电流匹配,然而带隙为1.0 eV的InGaAs和GaInNAs外延困难.我们利用分子束外延方法外延得到In0.15Ga0.85As量子阱,InAsdots-in-well量子点以调整太阳能电池带隙.X射线衍射谱中观察到了量子阱的多级卫星衍射峰,量子阱界面陡峭.扫描透射图显示量子点呈金字塔状,量子点的高度约为12 nm,底边长约为27 nm.由原子力显微镜图可知,量子点密度约为2×10~(10) cm~(-2).低温光致发光谱显示量子点在As4束流下呈双模分布.光电流响应谱显示InAsdots-in-well量子点太阳能电池吸收波长可以达到1300 nm,相应于带隙约为1.0 eV.器件J-V特性显示短路电流相比于GaA s标准p-i-n电池增加了37.8%.这表明该InAsdots-in-well量子点太阳能电池有望改善多结太阳能电池的设计中的电流阻塞效应,实现电流匹配,在多结太阳能电池的设计中具有广阔的应用前景.     

有机场效应晶体管导电机制及其稳定性研究

并五苯薄膜和单晶晶体管研究是目前有机电子学研究领域的热点.本文通过实验和理论模型系统研究了并五苯有机小分子薄膜的初始生长层形貌结构对有机薄膜晶体管器件电学性能的影响.提出单层薄膜二维晶粒边界模型,揭示了初始生长层晶粒大小对晶体管器件载流子迁移率及栅极偏压下阈值电压移动量的影响.同时,通过理论拟合计算得出有机晶体管器件结构在现有实验条件中的一些重要参数,如晶粒单畴中的迁移率、晶粒边界中缺陷浓度和缺陷势垒高度等.这些知识加深了对薄膜结构与器件性能之间关联的理解,为进一步改善并五苯薄膜晶体管器件性能提出明确的方向.此外,本文还提出一种新的并五苯单晶生长方法,即从并五苯单层膜在惰性常压气氛中熟化开始,通过两步法生长出高质量大尺寸的并五苯单晶.我们系统探讨了并五苯单层膜向单晶转变时的分子热力学、动力学过程,为后续单晶体器件的研究奠定了基础.     

二硫杂[3.3]对环番单金属钌炔基配合物的合成及性质

设计合成了3个含不同取代基的二硫杂[3.3]对环番单金属钌炔基化合物6b~6d及一个对照化合物6a.4个化合物通过1H NMR,13C NMR,31P NMR和元素分析进行了表征.化合物6c的结构通过X射线单晶衍射证实,晶体结构显示环芳中上下苯环间存在明显的?–?作用.同时还利用电化学、红外光谱以及密度泛函理论计算,探究了二硫杂[3.3]对环番配体及其上取代基对金属钌中心电子性质的影响.电化学研究结果显示,二硫杂[3.3]对环番上取代基(F,CN)可以通过分子内的跨环?–?作用影响钌中心的氧化还原活性,其中氰基的影响最大.密度泛函理论计算结果显示取代基(F,CN)对配合物的最低未占分子轨道(LUMO)电子云密度分布影响较大,氰基取代的6c和氟取代的6d,其LUMO轨道上的电子几乎定域在桥配体的环番上,而6a和6b,其LUMO轨道上的电子几乎定域在金属钌及其辅配体上.     

立方八面体构型的多酸基金属-有机笼的合成与吸附染料性能

通过溶剂热方法合成一例具有立方八面体几何构型的多酸基金属-有机纳米分子笼:[NH2Me2]8{[V6O6(OCH3)9(SO4)]4(TATAB)4}·(MeOH)8(VMOP-20,H3TATAB为4,4′,4″-s-三嗪-1,3,5-三对氨基苯甲酸).该分子笼通过4个多金属钒酸盐建筑单元[V6O6(OCH3)9(SO4)]连接4个柔性有机配体H3TATAB通过共价键构成.每个八面体纳米分子笼通过C–H···π超分子作用力与周围相邻的8个多面体连接,形成三维超分子化合物.从网络拓扑学角度分析VMOP-20的超分子结构,如果将每一个纳米分子笼简化为八连接节点,VMOP-20则可以简化成具有bcu拓扑结构的三维超分子网络.在结构中含有3种不同尺寸和形状的一维隧道.通过单晶X射线衍射、粉末X射线衍射、红外光谱和热重分析等手段对该化合物进行表征.此外,由于VMOP-20分子笼具有电负性,还研究了其在甲醇溶液中对有机染料的吸附和分离性能,结果表明该化合物利用离子选择性吸附作用,在溶液中对阳离子染料有吸附作用而对于中性和阴离子染料不具备吸附能力,说明这种吸附是一种离子选择性交换原理.     

新一代有机电致发光材料与器件

针对我国有机发光二极管(OLED)显示领域对低成本、高性能材料及简约器件制备工艺的重大迫切需求,提出不含贵重金属的纯有机材料体系及相关器件研究计划;开发并完善自主知识产权的新一代发光材料/主体材料体系,使发光效率和寿命达到实用化的水平;掌握新一代发光材料的发光机制、构效关系、激发态过程及其调控规律,实现兼顾结构简单、高效率、长寿命的新型器件结构,明确其内在物理机制和规律,为高性能材料和器件开发提供科学指导和解决方案,并在此基础上实现显示器件的优化设计、集成和可控制备.     

超分子主体化合物环糊精应用于环境污染物分离分析的研究进展

超分子化学是化学的一个崭新的分支学科, 它是研究分子间相互作用缔结而形成复杂有序且具有特定功能的分子聚集体的科学. 超分子作用是一种具有分子识别能力的分子间相互作用, 以分子识别为基础, 设计、合成、组装具有新颖性能的超分子功能材料, 将为分析科学提供理论指导和新的应用体系, 为生命科学、材料科学、环境科学等共同发展做出巨大贡献. 本文对超分子主体化合物环糊精作为分子识别功能材料, 在环境污染物分离分析应用中的研究进展进行了简要概述, 以期探讨环糊精及其衍生物在未来环境领域有机污染物、特别是持久性有机污染物和新型污染物分离分析中的应用前景和发展趋势.     

基于闪蒸法制备平面钙钛矿光伏器件

自2009年第一块基于钙钛矿材料的太阳能电池被制备出来,经过近10年的发展,目前钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从最初的3.8%提升到超过22%,这使得越来越多的人关注到钙钛矿太阳能电池,它被认为是在未来可能取代硅基太阳能电池的新一代太阳能电池.影响钙钛矿光伏器件性能的关键因素是钙钛矿活性层的制备.在本工作中,使用实验室自制的真空闪蒸设备制备钙钛矿光伏器件,并对前驱液制备、抽气压强等参数进行研究,优化最佳真空闪蒸钙钛矿CH_3NH_3PbI_3层条件,优化后器件最高转换效率达到18.09%.同时尝试在前驱液中掺入CH_3NH_3Cl并制备柔性器件,通过改变掺杂比例进行优化后刚性器件和柔性器件的最高转换效率分别达到了18.69%和15.10%.本工作可以对钙钛矿膜层的制备起到指导作用,进而得到光电性能更好的钙钛矿光伏器件.     

电荷转移复合物[MDA][Pd(DMIT)2]2的合成、结构及其电性质研究

有机导电材料由于具有重量轻、易加工、可能的低成本和易于从分子水平上进行裁剪和设计等优越性,近年来得到广泛研究[1].有机电荷转移复合物是有机导电家族中的重要成员[2].要得到所需物理性质的导电复合物体系,关键是控制晶体中分子的排列方式,尤其是分子间具有多维相互作用对实现金属导电性和超导是至关重要的[3,4].Ｍ＿ＤＭＩＴ复合物是一种重要的可望实现多维相互作用的金属复合物[5],其导电通道是通过配体间的π＿轨道及Ｓ原子间轨道的交迭来实现的,而这种交迭的方式又受到对阳离子的强烈影响[6].在对阳离子中引入空间位阻较小的Ｓ原子…     

柔性及半透明钙钛矿太阳能电池

近几年来,有机-无机杂化的钙钛矿太阳能电池的效率突飞猛进,仅仅4年时间里,基于这类材料的固态太阳能电池效率已经达到了经过认证的22.1%.该效率能够与商用的硅基太阳能电池相媲美,并且已远超有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池的效率.除了可观的效率,相较于其竞争对手,该类材料具有适应于低温/空气中的溶液处理的能力以及更好的柔性,使其在大规模制备上具有成本优势以及能更好地应用于可穿戴电子设备的能力.本文聚焦于柔性及半透明钙钛矿太阳能电池近期的发展.在柔性钙钛矿太阳能电池方面,讨论了两种主要的器件结构:平面型及纤维型;而在半透明钙钛矿太阳能电池方面,则讨论了两种主要的构造策略:减少膜厚及形成孤立的岛状结构.鉴于该类材料的优势和特性,我们可以确信其在柔性及半透明太阳能电池领域的应用潜力,而这些应用也将进一步推动基于该类材料的太阳能电池的发展.