有机太阳能电池中基于苝二酰亚胺结构小分子受体进展

有机太阳能电池中常见的聚合物小分子受体有机太阳能电池，这个词一听就让人觉得有点高大上。

咱们可以把它理解成把阳光变成电的魔法。

这背后呢，少不了那些可爱的聚合物小分子受体。

听起来有点复杂，其实就像家里做菜，食材搭配得当，才能做出美味佳肴。

聚合物小分子受体就像是那关键的调味料，让整个有机太阳能电池变得更加美味，嘿嘿，科技也是可以很有趣的。

说到聚合物小分子受体，首先得提的就是那种它们的柔韧性。

哎呀，想象一下，像是在舞池中翩翩起舞的舞者。

它们不拘一格，能够适应各种不同的环境，真的是很有才华。

有些小分子受体就像是灵活的小精灵，能够在光照下迅速捕捉阳光中的光子，然后把这些光子的能量转化为电能，真是个小能手。

有的受体还可以通过改变化学结构来优化光吸收，简直是个化学界的变色龙，变化多端。

再来说说这些小分子受体的种类，咱们常见的有一些像是聚(3己基噻吩)和聚(2,5二噻吩)。

听上去有点拗口吧？但是它们可是有实力的角色。

它们的分子结构就像是积木，可以拼出不同的组合，创造出各种各样的电池性能。

聚(3己基噻吩)就像是阳光下的金色麦田，吸收阳光的效率可高了。

而聚(2,5二噻吩)则像是安静的湖水，稳定性特别好，不容易受到外界影响。

光有这些小分子受体可不够，咱们还得有个好搭档，通常是那些小分子供体。

想想看，这就像是一个乐队，受体负责吸收阳光，供体则负责把能量传递下去。

受体和供体之间的配合就像是默契的双人舞，彼此之间不离不弃。

这样，整个有机太阳能电池才能高效运行，发出强烈的电流，嘿，你瞧，科技的美妙之处就在这里。

说到这里，咱们还得提一下这些聚合物小分子受体在实际应用中的表现。

科技就是那么调皮捣蛋，特别是在大规模生产的时候。

某些小分子受体虽然在实验室中表现得淋漓尽致，但一到实际应用中就可能出现一些问题。

比如，光稳定性不足，时间长了之后，性能就下降。

就像你在海滩上晒了一整天，结果回家后发现皮肤变得红红的，怪不得大家总是说“没事别晒太阳”。

以苝二酰亚胺染料分子为第三组份的光伏器件的制备及性能研
究
朱贤兵
【期刊名称】《当代化工研究》
【年(卷),期】2024()7
【摘要】针对有机光伏器件光学吸收效率不高的问题,通过在二元光伏器件PBDB-T/IT-M中添加苝二酰亚胺染料分子(SF-PDI),有效地改善了器件在可见光区(400~550 nm)的光学吸收效率,使得光伏器件在520 nm处的外部量子效率(EQE)从78%增加到85%。

进一步调整SF-PDI的含量,光伏器件的短路电流(J_(SC))从16.05 mA·cm^(-2)增加到17.79 mA·cm^(-2),能量转换效率(PCE)从9.98%提高到11.21%。

【总页数】3页(P179-181)
【作者】朱贤兵
【作者单位】昶力管业(常州)有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ423.2
【相关文献】
1.桥位芳香性给电子基团取代的苝二酰亚胺的合成及其光伏性能
2.萘酰亚胺取代修饰4,4'-螺双环戊并[2,1-b:3,4-b']二噻吩化合物的合成制备及其在有机薄膜光伏器件中的应用研究
3.苝四羧酸酰二亚胺染料系列光电性能的研究
4.两种不对称苝酰
亚胺小分子的合成及光伏应用5.苝酰亚胺聚合物染料掺杂聚乙烯醇薄膜滤光片的制备及其激光防护性能研究
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苝酰亚胺小分子在有机太阳能电池中的应用薛灵伟;杨运旭【摘要】苝酰亚胺类材料是研究最早并且最常见的非富勒烯电子受体材料,具有良好的光、热、化学稳定性、较高的摩尔吸光系数、较宽的太阳光谱响应范围、良好的电子传输能力、较高的电子亲和势和较强的接受电子能力等优点,是目前最好的n-型有机半导体材料之一.本文以茈酰亚胺和并噻吩为原料,合成一种大平面的苝酰亚胺小分子(PDI-TT-PDI),并以PCE10为给体,以PDI-TT-PDI为受体,考查了不同给受体比例、添加剂含量、不同退火温度对于器件效率的影响.%Perylene bisimide derivatives (PBIs) were some of the earliest and most common nonfullerene acceptors studied in BHJ organic solar cells because of their high electron mobility,strong absorption ability,and high environmental/thermal stability,Perylene bisimide derivatives (PBIs) is one of the best n-type organic semiconductor materials.One small molecule acceptor based on the Perylene bisimide derivatives and Thieno [3,2-b]thiophene was synthesized.The BHJ-PSCs was fabricated with PDI-TT-PDI as acceptor and PCE10 as donor for investigating the photovoltaic performance,and the photovoltaic performance of the B HJ-PSCs was optimized by changing the weight ratios of PCE10:PDI-TT-PDI,the amount of DIO additive and the temperature of the thermal annealing.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2017(031)003【总页数】6页(P69-74)【关键词】苝酰亚胺;受体;有机太阳能电池【作者】薛灵伟;杨运旭【作者单位】北京科技大学化学与生物工程学院,北京100083;北京科技大学化学与生物工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】O649.5正随着全球经济的发展，人类对能源需求量在逐年增加，寻求可持续发展的新型能源势在必行，太阳能作为取之无尽，用之无竭的清洁能源得到越来越多的重视。

《新型不对称苝酰亚胺衍生物设计合成及其性能研究》篇一一、引言随着材料科学的发展，新型有机分子的设计与合成逐渐成为科研领域的热点。

其中，苝酰亚胺类化合物因其独特的电子结构和良好的光电性能，在光电器件、有机太阳能电池等领域具有广泛的应用前景。

本文以新型不对称苝酰亚胺衍生物为研究对象，通过设计合成及性能研究，为该类化合物的应用提供理论依据。

二、文献综述近年来，苝酰亚胺类化合物的合成及性能研究已取得较大进展。

在分子设计上，引入不对称结构能够丰富化合物的电子云分布，从而提高其光电性能。

目前，关于不对称苝酰亚胺衍生物的报道尚不多见，其合成方法及性能研究仍有待深入。

三、实验部分（一）设计思路本文以苝酰亚胺为基本骨架，引入不同的取代基团，设计合成一系列新型不对称苝酰亚胺衍生物。

通过调整取代基的类型和位置，以期得到具有优良光电性能的化合物。

（二）合成方法1. 原料准备：准备苝酐、胺类化合物、溶剂等。

2. 合成步骤：在适当的溶剂中，将苝酐与胺类化合物进行缩合反应，得到苝酰亚胺中间体。

再通过引入不同的取代基团，得到目标化合物。

3. 产物表征：利用核磁共振、红外光谱、紫外-可见光谱等手段对产物进行表征，确认其结构。

（三）性能研究1. 光物理性质：通过紫外-可见光谱、荧光光谱等手段，研究目标化合物的光物理性质。

2. 电化学性质：利用循环伏安法等手段，研究目标化合物的电化学性质。

3. 应用性能：将目标化合物应用于光电器件、有机太阳能电池等领域，研究其应用性能。

四、结果与讨论（一）合成结果通过上述合成方法，成功合成了一系列新型不对称苝酰亚胺衍生物。

产物的产率较高，且结构明确。

（二）性能分析1. 光物理性质：目标化合物具有较好的光吸收性能和荧光发射性能，适用于光电器件等领域。

2. 电化学性质：目标化合物具有适中的氧化还原电位，有利于电子的传输和注入。

3. 应用性能：将目标化合物应用于光电器件、有机太阳能电池等领域，发现其具有良好的应用性能，能够提高器件的光电转换效率和稳定性。

苝二酰亚胺（p-disubstituted imidazole，PDI）是一种含有苝基和二酰亚胺基的有机单元，具有较高的电子转移常数和良好的稳定性，因此在有机半导体材料中具有重要的应用价值。

含苝二酰亚胺单元的有机半导体材料的合成通常采用化学合成方法，常用的合成方法包括聚合反应、酯交换反应、加成反应等。

具体合成方法取决于所用的原料和所要合成的目标分子结构。

含苝二酰亚胺单元的有机半导体材料的表征方法包括光谱分析方法（例如紫外-可见光谱分析、红外光谱分析、核磁共振光谱分析等）、结构分析方法（例如X射线衍射分析、元素分析等）和物理性质测量方法（例如拉曼光谱分析、光电性质测量、热电性质测量等）。

这些表征方法可以用来对含苝二酰亚胺单元的有机半导体材料进行结构表征、光电性质测量和其他性质测量。

含苝二酰亚胺单元的有机半导体材料具有较高的光电转换效率和较好的光学稳定性，因此在太阳能电池、发光二极管、显示器等领域具有广泛的应用前景。

例如，含苝二酰亚胺单元的有机半导体材料可以用于制备高效的太阳能电池，其中太阳能电池的光电转换效率可以达到12%以上；含苝二酰亚胺单元的有机半导体材料还可以用于制备高亮度的发光二极管，其中发光二极管的光输出功率可以达到几十瓦；含苝二酰亚胺单元的有机半导体材料还可以用于制备高分辨率的显示器，其中显示器的分辨率可以达到几百万像素。

含苝二酰亚胺单元的有机半导体材料还可以用于制备传感器、生物医学传感器等应用。

例如，含苝二酰亚胺单元的有机半导体材料可以用于制备生物医学传感器，可以用于检测血液中的生物分子或药物浓度等信息；含苝二酰亚胺单元的有机半导体材料还可以用于制备环境监测传感器，可以用于检测大气中的污染物浓度等信息。

有机太阳能电池材料研究新进展有机太阳能电池材料的研究最近取得了新的进展。

这些进展主要涉及新型有机小分子受体材料的设计和合成，以及全小分子有机太阳能电池的效率提升策略。

首先，葛子义团队通过设计合成新型苯基取代苯并二噻吩（BDT）为中心核的小分子给体，并采用三元共混策略引入D18-Cl:Y6体系，成功地提高了单结刚性和柔性有机太阳能电池的效率。

这种策略使得刚性电池的效率达到了18.5%，柔性电池的效率达到了15.9%，是目前公开报道的单结刚性和柔性有机太阳能电池的最高效率之一。

其次，裘晓辉团队以全小分子有机太阳能电池ZR-TT/Y6为基础，引入了受体材料的同源聚合物PJ1作为相界面相容剂。

这一策略有效地增强了给受体活性层之间的相互作用，优化了活性层的形貌，从而提高了能量转换效率。

结果显示，通过这一策略，能量转换效率从原来的14.3%提升到了15.5%。

这一成果为全小分子有机太阳能电池的形貌优化提供了新的思路。

以上两个研究团队的不同策略都在有机太阳能电池材料研究方面取得了显著进展，这表明了有机太阳能电池在效率和性能上有着巨大的提升潜力。

这些研究成果对于推动有机太阳能电池的发展和应用具有重要意义。

有机太阳能电池的应用场景包括但不限于以下几种情况：1.替代硅基太阳电池，用于为室内智能设备供电等。

由于有机太阳能电池薄而灵活的特性，它们可以更好地适应室内环境，如家具、照明设备等。

2.为户外智能设备供电。

有机太阳能电池的轻便性和灵活性使得它们非常适合用于为户外设备供电，如野营灯、登山灯、钓鱼灯等。

3.广告灯箱照明等商业应用。

有机太阳能电池的薄型和可弯曲的特性，使得它们可以被应用于各种形状的灯箱中，从而达到广告宣传的效果。

4.家居照明和手提灯等家庭应用。

有机太阳能电池可以被制成各种形状和大小，可以很好地满足家庭的各种照明需求。

5.节能和环保领域。

有机太阳能电池是一种可再生能源，相比于传统的硅基电池，具有更高的光电转换效率和更长的使用寿命，因此可以有效地降低能源消耗和减少环境污染。

一：苝酰亚胺的研究进展3 水溶性的苝酰亚胺类物质的研究进展从Kardos在1913年合成第一个苝系衍生物以来,人们开始对苝系衍生物的合成进展了多方面的讨论。

大多数苝酰亚胺化合物以其难溶性而著称，对于如何进步苝二酰胺的溶解性，一直是研究的热点之一。

对于如何进步苝二酰胺的溶解性研究者们一般采取两种方式解决，其一是Langhals教授提出，在酰亚胺的氮原子上引入增溶性的基团，这样得到的分子在吸收和发射特征上没有明显的分别，这是由于酰亚胺基团的氮原子上产生的HOMO 和LUMO轨道的节点〔node〕减弱了苝核同与氮相连的取代基的耦合作用。

其二就是BASF公司的Seybold教授首次提出的在海湾处〔bay-area〕引入取代基，即在苝四羧酸二酐和苝四羧酸二酰亚胺的1,7或1,6,7,12位上引入增溶性取代基团。

2021年，S.Icli等人又将上述苝系衍生物的燕尾形的扩展为用氮连接的长的脂肪链，同样的增加了苝系衍生物的溶解性，并研究了它们的光物理性质和电化学性质，进一步扩大了苝系衍生物的数量。

二：苝酰亚胺类物质的应用难点、热点以及前景举例3.2.1苝酰亚胺类物质的研究热点苝酰亚胺类化合物作为一类有机功能性染料,由于具有化学、热和光稳定性较好,吸收光谱范围较宽以及荧光量子产率较高的特点,除了在传统的染(颜)料行业中继续发挥作用外,还被广泛应用于有机光导材料、有机电致发光材料、液晶显示材料、激光染料、化学发光色素、染料敏化太阳能电池和分子开关等领域。

近几年来，这几个领域的研究成为苝酰亚胺类物质研究的热点。

在光电转化研究领域里,含羧基的酰亚胺类化合物能与半导体如二氧化钛形成Dye-COO-Ti桥链构造,这样能较好地实现从染料到半导体的分子间光致电子转移,进步了光电转化效率。

在单分子荧光成像中,含羧基的酰亚胺类化合物能直接参与聚合反响得到具有荧光标记的聚合物。

但由于其溶解性不高,很大程度上阻碍了此类化合物的进一步应用。