低驱动力有机太阳能电池激子分离机制的理论研究

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基本信息

  • 批准号:
    21773040
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0302.化学模拟与应用
  • 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

Reducing the driving force for exciton dissociation is one of effective solutions to minimize energy loss and thus improve power conversion efficiency for organic solar cells. Traditionally, the driving force, namely, the energy offset for the LUMO/HOMO between donor and acceptor should be larger than 0.3 eV to achieve efficient exciton dissociation. However, recent experiments have shown that excitons can be effectively dissociated although the energy offsets are extremely small, but the exciton dissociation mechanisms with such low driving forces are not understood yet. In this project, we are going to develop and apply reliable computational methods to obtain an accurate characterization of exciton binding energies and exciton dissociation reorganization energies with considering the electronic polarization and delocalization effects, and analyze the relationship of the driving forces with the exciton binding energies and reorganization energies to elucidate the mechanisms of exciton dissociation with low driving forces. Furthermore, to reveal the influence of molecular electronic nature on the driving force for exciton dissociation, we will systematically investigate various combinations of organic photovoltaic donors and acceptors, which is expected to be helpful for rational design of high-performance organic solar cells with low energy losses.
减小激子分离的驱动力是降低能量损失提高有机太阳能电池光电转换效率的有效途径之一。传统认为,驱动力即有机给/受体间的能级差至少要大于0.3eV。然而,最近实验发现即使能级差很小,激子也能有效分离,但其机制尚不清楚。本项目拟考虑电子极化与离域效应,发展和运用可靠方法精确计算激子束缚能和激子分离的重组能,分析它们与驱动力的相关性,阐明低驱动力激子分离的根源。进一步,通过综合分析不同给受体组合的有机光伏体系,揭示分子电子性质对激子分离驱动力的影响,为理性设计低能量损失的有机光伏材料提供指导。

结项摘要

减小激子分离的驱动力是降低能量损失提高有机太阳能电池光电转换效率的有效途径之一。传统认为,驱动力即有机给/受体间的能级差至少要大于0.3 eV。然而,最近实验发现即使能级差很小,激子也能有效分离,但其机制尚不清楚。本项目通过准确计算影响驱动力的重要参数,深入研究低驱动力激子解离机制。主要取得了以下进展:(1)发展并运用迭代自洽的量子力学/嵌入电荷方法计算固态极化效应,从而实现了在第一性原理水平上计算静电作用和诱导效应,且不依赖于任何经验参数,并可以考虑分子堆积结构的影响。(2)揭示低驱动力有机太阳能电池发生激子分离的机制。通过对系列非富勒烯体系计算发现,激子分离的驱动力与激子束缚能线性相关,为降低驱动力减小能量损失指明了方向。(3)运用可靠方法研究了非富勒烯晶体中分子间不同排布方式对激子束缚能的影响,实现晶体分子排列结构对激子束缚能的调控。并阐明了电子极化和离域效应、薄膜中结构无序对激子束缚能的影响。(4)建立分子内重组能与激子解离及能量损失的关系。低重组能有利于促进激子扩散和电荷传输,抑制由于激子驰豫、电荷转移态和双分子复合带来的能量损失。我们的研究为理性设计低能量损失的有机光伏材料提供指导。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Exciton Binding Energies in Organic Photovoltaic Materials: A Theoretical Perspective
有机光伏材料中的激子结合能:理论视角
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.1c08898
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Lingyun Zhu;Zhixiang Wei;Yuanping Yi
  • 通讯作者:
    Yuanping Yi
Exciton Binding Energies of Nonfullerene Small Molecule Acceptors: Implication for Exciton Dissociation Driving Forces in Organic Solar Cells
非富勒烯小分子受体的激子结合能:对有机太阳能电池中激子解离驱动力的影响
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.8b07197
  • 发表时间:
    2018-09
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry C
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Zhu Lingyun;Yi Yuanping;Wei Zhixiang
  • 通讯作者:
    Wei Zhixiang
Polymorph and anisotropic Raman spectroscopy of Phz-H(2)ca cocrystals
Phz-H(2)ca 共晶的多晶型和各向异性拉曼光谱
  • DOI:
    10.1007/s40843-020-1372-6
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Science China-Materials
  • 影响因子:
    8.1
  • 作者:
    Zhu Weigang;Wang Yunli;Huang Chengcheng;Zhu Lingyun;Zhen Yonggang;Dong Huanli;Wei Zhixiang;Guo Dong;Hu Wenping
  • 通讯作者:
    Hu Wenping
Suppressing charge recombination in small-molecule ternary organic solar cells by modulating donor-acceptor interfacial arrangements
通过调节供体-受体界面排列抑制小分子三元有机太阳能电池中的电荷复合
  • DOI:
    10.1039/c8cp05178j
  • 发表时间:
    2018-10-14
  • 期刊:
    PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Wang, Zhen;Han, Guangchao;Wei, Zhixiang
  • 通讯作者:
    Wei, Zhixiang
Achieving Small Exciton Binding Energies in Small Molecule Acceptors for Organic Solar Cells: Effect of Molecular Packing
在有机太阳能电池的小分子受体中实现小激子结合能:分子堆积的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry Letters
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Lingyun Zhu;Zeyi Tu;Yuanping Yi;Zhixiang Wei
  • 通讯作者:
    Zhixiang Wei

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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

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          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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