高效单重态裂分有机光伏器件中三重态激子动力学过程的调控

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11774204
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2202.光与物质相互作用
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The implementation of singlet fission (SF) in organic photovoltaic (OPV) devices is a promising way to surpass the Shockley-Queisser limit of conventional single-junction solar cells owing to the two triplet excitons generation with one photon absorption. However, the efficiency of the SF-based OPVs is relatively low due to the imbalance in exciton dynamic processes. Therefore, it is necessary to manipulate and balance the dynamic processes of triplet exciton including exciton generation, diffusion and separation to achieve high performance devices. In this program, we will investigate the photo active layer composed of SF-donor/acceptor bulk heterojunction blend films whose nano-scale morphology can be effectively controlled under various external fields. The morphology at multiple length scale will be quantitatively analyzed by high resolution microscopy and Synchrotron based spectroscopy (GIXD, GISAXS, GIWAXS). Together with high resolution spatio-temporal resolved absorption and fluorescence micro-spectroscopy, the generation, diffusion and separation processes of triplet exciton in blend films with specific morphology will be investigated. Finally, a correlation between the film morphology and the dynamic processes of triplet exciton can be quantitatively established, which in-turn provides principle guidance for manipulating and balancing the dynamic process by the morphology control. This work will be of great value not only for achieving high performance SF-based OPV devices, but also for the exploration of singlet fission in other applications.
单重态裂分有机光伏器件每吸收一个光子可产生两个三重态激子,理论上可获得超过肖克莱-奎瑟尔极限的能量转换效率,但实际器件效率并不高。深入理解并调控三重态激子产生、扩散、分离三个动力学过程使其达到平衡,是提高单重态裂分有机光伏器件性能的有效途径。本项目通过外场作用调控单重态裂分给体材料与适当受体材料组成的体异质结活性层薄膜微纳结构,利用高分辨率显微系统与同步辐射X射线散射/衍射等技术定量获取薄膜的相分离尺寸、微区结晶度、分子堆积方式等结构信息,并采用时间分辨显微光谱学技术在超快时间尺度上解析其三重态激子动力学过程,建立微纳结构与动力学过程的内在关联机制,获取各个动力学过程达到最佳平衡时所对应的活性层薄膜微纳结构和外场控制条件,最终获得高效单重态裂分有机光伏原型器件。本研究不仅在提高单重态裂分有机光伏器件性能方面具有理论及应用价值,对于单重态裂分效应在其它领域的开发利用也具有重要参考意义。

结项摘要

深入理解并调控三重态激子产生、扩散、分离三个动力学过程使其达到平衡,是提高单重态裂分有机光伏器件性能的有效途径。本项目根据不同有机光伏材料的吸收谱、光致荧光谱、溶解度等相关信息选取了多种单重态裂分给体材料与受体材料,采用真空蒸镀,旋涂等制备工艺,将单重态裂分材料制备成单重态裂分有机半导体双层/体异质结结构薄膜。通过常规的形貌表征手段,如AFM、SEM等,观察薄膜的微纳结构;利用高分辨率显微系统与同步辐射X射线散射/衍射等技术定量获取薄膜的相分离尺寸、微区结晶度、分子堆积方式等结构信息;利用时间分辨显微光谱学技术在超快时间尺度上解析其三重态激子动力学过程,建立微纳结构与动力学过程的内在关联机制,超快荧光显微技术能够同时在时间和空间的尺度上得到材料的发光性质,因此,可以进一步得到共混材料中的激子扩散、解离等光物理现象,最终我们通过多种优化策略改善了体异质结内分子堆积等形貌特性,制备出了更高效率的有机光伏原型器件。本项目的成果为单重态裂分有机光伏器件的制备提供了全新的角度和理论依据,对有机太阳能能电池未来的发展具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Quantitatively Characterized Crystallization Effect on Recombination Energy Loss in Non-Fullerene Organic Solar Cells
非富勒烯有机太阳能电池中复合能量损失的定量表征结晶效应
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.9b03572
  • 发表时间:
    2019-05-23
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Chen, Zhi-Hao;Bi, Peng-Qing;Hao, Xiao-Tao
  • 通讯作者:
    Hao, Xiao-Tao
Recent Progress of Organic Solar Cells with Insulating Polymers
绝缘聚合物有机太阳能电池的最新进展
  • DOI:
    10.1002/solr.202000539
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Solar RRL
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Tong Wang;Jianqiang Liu;Xiaotao Hao
  • 通讯作者:
    Xiaotao Hao
Chromaticity manipulation of indoor photovoltaic cells
室内光伏电池的色度控制
  • DOI:
    10.1063/5.0039653
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Zhi-Hao Chen;Hang Yin;Johnny Ka Wai Ho;Li-Yong Cui;Shu Kong So;Xiao-Tao Hao
  • 通讯作者:
    Xiao-Tao Hao
Multiple Temporal-Scale Photocarrier Dynamics Induced by Synergistic Effects of Fluorination and Chlorination in Highly Efficient Nonfullerene Organic Solar Cells
高效非富勒烯有机太阳能电池中氟化和氯化协同效应引起的多时间尺度光载流子动力学
  • DOI:
    10.1002/solr.201900552
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Solar RRL
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Zhang Kang-Ning;Niu Meng-Si;Jiang Zhi-Nan;Chen Zhi-Hao;Wang Tong;Wei Meng-Meng;Qin Chao-Chao;Feng Lin;Qin Wei;So Shu-Kong;Hao Xiao-Tao
  • 通讯作者:
    Hao Xiao-Tao
Hole Transfer Originating from Weakly Bound Exciton Dissociation in Acceptor-Donor-Acceptor Nonfullerene Organic Solar Cells
受主-供主-受主非富勒烯有机太阳能电池中源自弱束缚激子解离的空穴转移
  • DOI:
    10.1021/acs.jpclett.9b02837
  • 发表时间:
    2019-11-21
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Niu, Meng-Si;Wang, Kang-Wei;Hao, Xiao-Tao
  • 通讯作者:
    Hao, Xiao-Tao

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高性能有机光伏器件中电声耦合的探测与调控
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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