理论研究BBPQ-PC61BM体系的光伏性质

摘要

探索和制各具有高能量转换效率(PCE)的有机太阳能电池体系是有机电子学的重要领域和研究热点.本文利用量子化学和分子动力学计算结合Marcus-Hush电荷传输模型理论研究了BBPQ-PC61BM (BBPQ:7,12-二((三异丙基甲硅烷基)乙炔基)苯并(g)吡啶并(2',3'∶5,6)吡嗪并(2,3-b)喹喔啉-2(1H)-酮;PC61BM:(6,6)苯基-C61-丁酸甲酯)体系的光伏性质.结果表明,BBPQ-PC61BM体系具有相当大的开路电压(1.22 V)、高的填充因子(0.90)和高的光电转换效率(9％-10％).此外,本文研究还发现BBPQ-PC61BM体系拥有中等大小的激子结合能(0.607 eV),但相对较小的激子分离和电荷复合重组能(0.345和0.355 eV).借助于一个简单的分子复合物模型,本文预测BBPQ-PC61BM体系的激子解离速率常数Kdis高达1.775×1013 s-1,而预测的电荷复合速率常数Krec相当小(＜1.0 s-1),这表明在BBPQ-PC61BM相界面上,激子解离效率非常高.总之,理论研究表明,BBPQ-PC61BM是一个非常有前途的有机太阳能电池候选体系,值得实验上做出进一步研究.