有機(jī)太陽(yáng)能電池因其具有質(zhì)輕，柔性，可卷對(duì)卷制備等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。隨著新材料的開(kāi)發(fā)以及器件工藝的優(yōu)化，單節(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過(guò)19%。由于有機(jī)太陽(yáng)能電池典型的三明治結(jié)構(gòu)（陽(yáng)極/活性層/陰極），所以界面材料對(duì)于電荷從活性層提取到電極是非常關(guān)鍵的，目前對(duì)于簡(jiǎn)單有效的界面材料的研究是相對(duì)不足的。為此，國(guó)家納米科學(xué)中心周二軍團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了基于硒吩稠合的苝二酰亞胺陰極界面材料，用于實(shí)現(xiàn)高效的二元有機(jī)太陽(yáng)能電池。
通過(guò)密度泛函理論計(jì)算，硒吩稠合后的SePDI3具有更好的剛性和平面性。通過(guò)紫外吸收光譜，電子順磁共振，電導(dǎo)率測(cè)試表明SePDI3具有更好的自摻雜特性和更高的電導(dǎo)率。通過(guò)紫外光電子能譜表明SePDI3也同時(shí)具有良好的電極功函修飾能力。各項(xiàng)分析都表明SePDI3具有作為有機(jī)太陽(yáng)能電池陰極界面材料的潛力。 研究表明，SePDI3與PM6接觸后可以產(chǎn)生光伏效應(yīng)，進(jìn)而在PM6/SePDI3界面處發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。此外SePDI3的器件具有更大的內(nèi)建電勢(shì)和更小的傳輸電阻，這可以避免電子在界面處造成過(guò)度累積，加速電子轉(zhuǎn)移。瞬態(tài)光電壓/光電流測(cè)試也表明SePDI3器件具有更快的電荷提取和更低的電荷復(fù)合行為。 更重要的是，共軛骨架與Se原子之間的相互影響可以增強(qiáng)自旋軌道耦合，促進(jìn)的隙間穿越，從而在SePDI3中形成活性氧，促進(jìn)了SePDI3與L8-BO之間的化學(xué)相互作用，形成額外的電子傳輸通道，促進(jìn)電子提取。另外KPFM結(jié)果同樣表明SePDI3的引入有利于電子從活性層中提取出來(lái)。改善的電荷提取有利于幫助器件同時(shí)提高短路電流密度和填充因子。最終，以PM6:L8-BO為活性層，以SePDI3為陰極界面層的有機(jī)太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了19.04%的效率和81.65%的高填充因子。 論文信息 Selenophene-fused Perylene Diimide-based Cathode Interlayer Enables 19% Efficiency Binary Organic Solar Cells via Stimulative Charge Extraction Zongtao Wang, Helin Wang, Lei Yang, Mengzhen Du, Lei Gao, Qiang Guo, Erjun Zhou 文章的第一作者為鄭州大學(xué)/國(guó)家納米科學(xué)中心聯(lián)合培養(yǎng)博士生王宗濤，通訊作者為國(guó)家納米科學(xué)中心周二軍研究員和王赫麟副研究員 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202404921
