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 低成本、易生產(chǎn)且具柔性的高性能有機(jī)太陽電池是中國早日實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放量與吸收量持平的碳中和目標(biāo)的最可靠工具之一，而其一大瓶頸在于有機(jī)光伏器件較低的光電轉(zhuǎn)化效率(PCE)。


近日，西南大學(xué)材料與能源學(xué)院鄭紹輝教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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與含時(shí)密度泛函理論計(jì)算綜合分析其光伏性能，篩選出一個(gè)多方面均優(yōu)于原型Y6的非富勒烯受體分子BTPTT-4F-2T。該項(xiàng)目考慮了影響有機(jī)光伏器件性能的關(guān)鍵參數(shù):1) 偶極矩；2) 前線分子軌道能量；3) 紫外-可見吸收光譜；4) 單線態(tài)-三線態(tài)能量差和激子結(jié)合能，5) 電荷(電子和空穴)躍遷/復(fù)合速率常數(shù)；6) 電子遷移率。通過這些數(shù)據(jù)綜合地分析被設(shè)計(jì)的衍生物作為有機(jī)太陽能電池受體材料的潛力，篩選出各方面均優(yōu)于原型Y6的最具潛力的受體分子。審稿人贊揚(yáng)本工作對(duì)發(fā)現(xiàn)新型非富勒烯受體很有價(jià)值，認(rèn)為提出了一種新的分子設(shè)計(jì)策略。上述工作近期發(fā)表在《Advanced Material》新子刊《Solar RRL》（DOI: 10.1002/solr.202100023），研究生邱梧珂為第一作者。


此外，近期鄭紹輝教授團(tuán)隊(duì)還在有機(jī)太陽能電池的理論計(jì)算領(lǐng)域做出不少創(chuàng)新性工作。

1)系統(tǒng)研究了亞酞菁的鹵素（F,Cl,Br）取代對(duì)X-subPC/C60太陽能電池給-受體界面電子躍遷和電荷復(fù)合速率的影響。該項(xiàng)目和已知實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合的很好，深入研究了鹵素取代對(duì)有機(jī)太陽能電池界面電子躍遷的影響機(jī)理，精確考慮了躍遷電子數(shù)、環(huán)境效應(yīng)和給-受體界面分子堆疊方式的影響。（J. Photoch. Photobio. A，DOI: 10.1016/j.jphotochem.2020.112852)，本科生徐春林為第一作者。

2)基于全新的subPC衍生物分子subAPPC，系統(tǒng)探究吸電子/給電子基團(tuán)的邊緣取代對(duì)新分子光伏性能的影響，結(jié)果顯示合理的改性可以同時(shí)提高激子分離效率與可見光區(qū)域的光子吸收能力。（Mater. Chem. Phys，DOI: 10.1016/j.matchemphys.2021.124420)研究生張捷，彭索萍為并列一作。

3) 研究了骨架噻吩環(huán)的官能化對(duì)A-D-A（A-吸電子基團(tuán)，D-給電子基團(tuán)）型小分子DRCN3T-X的載流子傳輸性能的影響，結(jié)果顯示骨架噻吩取代通過影響分子平面性和電子結(jié)構(gòu)而影響載流子遷移率，并在改性分子中觀察到了明顯的選擇性載流子傳輸現(xiàn)象。結(jié)果還顯示用含氧基團(tuán)-OCH3取代骨鏈噻吩可有效提升A-D-A型受體分子的電子傳輸能力。（New. J. Chem，DOI: 10.1039/D0NJ02199G)本科生徐春林為第一作者。

4)用可信的理論方法首次揭示了固體薄膜中分子堆積模式和偶極矩對(duì)激子結(jié)合能的影響。（Int. J. Quantum. Chem (DOI: 10.1002/qua.26511)本科生陳雪為第一作者。

以上項(xiàng)目感謝重慶市百人計(jì)劃和中央高?；緲I(yè)務(wù)費(fèi)的資助。

原標(biāo)題：西南大學(xué)鄭紹輝教授團(tuán)隊(duì)在有機(jī)太陽能電池理論研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展