SubPC/C70太阳能电池中分子取向对电荷迁移性质的关键影响

本文主要探讨了分子取向对SubPC/C70太阳能电池给受体界面电荷迁移性质的重要影响。研究由徐春林和郑绍辉两位学者在西南大学材料与能源学院进行，他们利用高级计算方法，包括长程校正泛函ωB97XD、杂化密度泛函B3LYP和时间依赖密度泛函理论TDDFT，对SubPC/C70双体的六种不同构型进行了深入分析。 研究的核心内容包括计算这些构型的结合能、几何参数和激发态性质，这些参数对于理解电荷迁移过程至关重要。此外，他们还采用了constrained DFT (C-DFT) 方法和Fragment Charge Difference (FCD) 模型来评估电荷分离和电荷重组过程中的Gibbs自由能变、内重组能和电子耦合。这些数据对于预测和优化太阳能电池的性能具有重要意义。 通过应用Marcus理论的半经验公式，研究者计算了六种构型的电荷分离速率和电荷重组速率，以及相关的饱和电流密度，这直接反映了太阳能电池的实际工作效率。他们的研究表明，给体和受体的相对位置以及取向对SubPC/C70的电荷迁移效率有着显著影响，其中U-V构型被发现具有最佳的电荷迁移性质。 关键词涵盖了物理化学、有机太阳能电池、电子跃迁、密度泛函理论以及Marcus理论等核心概念，这表明研究者不仅关注理论计算，也关注实验验证和实际应用的关联。这篇首发论文提供了深入理解SubPC/C70太阳能电池工作原理和优化策略的关键见解，对于改进现有设计和开发新型高效的有机太阳能器件具有重要的理论指导价值。