科研成果

郑绍辉教授课题组在有机太阳能电池理论研究领域取得新进展

低成本、易生产且具柔性的高性能有机太阳电池是中国早日实现二氧化碳排放量与吸收量持平的碳中和目标的最可靠工具之一，而其一大瓶颈在于有机光伏器件较低的光电转化效率(PCE)。

近日，西南大学材料与能源学院郑绍辉教授团队设计了一系列的高性能非富勒烯Y6衍生物分子，并基于可靠的密度泛函与含时密度泛函理论计算综合分析其光伏性能，筛选出一个多方面均优于原型Y6的非富勒烯受体分子BTPTT-4F-2T。该项目考虑了影响有机光伏器件性能的关键参数: 1) 偶极矩；2) 前线分子轨道能量；3) 紫外-可见吸收光谱；4) 单线态-三线态能量差和激子结合能，5) 电荷(电子和空穴)跃迁/复合速率常数；6) 电子迁移率。通过这些数据综合地分析被设计的衍生物作为有机太阳能电池受体材料的潜力，筛选出各方面均优于原型Y6的最具潜力的受体分子。审稿人赞扬本工作对发现新型非富勒烯受体很有价值，认为提出了一种新的分子设计策略。上述工作近期发表在《Advanced Material》新子刊《Solar RRL》（DOI: 10.1002/solr.202100023），研究生邱梧珂为第一作者。

此外，近期郑绍辉教授团队还在有机太阳能电池的理论计算领域做出不少创新性工作。

1) 系统研究了亚酞菁的卤素（F,Cl,Br）取代对X-subPC/C60太阳能电池给-受体界面电子跃迁和电荷复合速率的影响。该项目和已知实验结果吻合的很好，深入研究了卤素取代对有机太阳能电池界面电子跃迁的影响机理，精确考虑了跃迁电子数、环境效应和给-受体界面分子堆叠方式的影响。（J. Photoch. Photobio. A，DOI: 10.1016/j.jphotochem.2020.112852)， 本科生徐春林为第一作者。

2) 基于全新的subPC衍生物分子subAPPC，系统探究吸电子/给电子基团的边缘取代对新分子光伏性能的影响，结果显示合理的改性可以同时提高激子分离效率与可见光区域的光子吸收能力。（Mater. Chem. Phys，DOI: 10.1016/j.matchemphys.2021.124420) 研究生张捷，彭索萍为并列一作。

3) 研究了骨架噻吩环的官能化对A-D-A（A-吸电子基团，D-给电子基团）型小分子DRCN3T-X的载流子传输性能的影响，结果显示骨架噻吩取代通过影响分子平面性和电子结构而影响载流子迁移率，并在改性分子中观察到了明显的选择性载流子传输现象。结果还显示用含氧基团-OCH₃取代骨链噻吩可有效提升A-D-A型受体分子的电子传输能力。（New. J. Chem，DOI: 10.1039/D0NJ02199G) 本科生徐春林为第一作者。

4) 用可信的理论方法首次揭示了固体薄膜中分子堆积模式和偶极矩对激子结合能的影响。（Int. J. Quantum. Chem (DOI: 10.1002/qua.26511) 本科生陈雪为第一作者。

以上项目感谢重庆市级人才计划和中央高校基本业务费的资助。

原文链接：

1. https://doi.org/10.1002/solr.202100023

2. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S101060302030650X

3. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0254058421002030

4. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/nj/d0nj02199g#!divAbstract

5. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/qua.26511