有機太陽能電池憑借其無毒、低成本、輕量化、柔性和可大面積溶液加工等獨特優(yōu)勢，被認為是極具發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮夥夹g。其中，無機電極材料與有機半導體吸光活性層之間的界面修飾層可調(diào)節(jié)電極的功函數(shù)、消除界面能量勢壘、促進界面處對電荷的選擇性提取，對提高光伏電池性能發(fā)揮著至關重要的作用。通常為了滿足大面積加工技術對薄膜厚度的要求，陰極界面層必須具有優(yōu)異的電荷傳輸性能。目前被廣泛應用的解決策略是利用自摻雜效應，填充缺陷，提高載流子密度，從而實現(xiàn)良好的電荷傳輸。 然而，由于摻雜劑與活性層中的受體材料之間也存在電荷轉移，這限制了自摻雜策略在不同太陽能電池材料體系中的普適性，以及器件的長期穩(wěn)定性，因此發(fā)展一種可替代的陰極界面修飾策略是該領域所面臨的一項重要挑戰(zhàn)。 近日，北京化工大學的劉瑤教授和國防科技大學的張江彬副研究員，利用“點擊化學”開發(fā)了一種新型的以Face-on取向為主的苝酰亞胺陰極界面材料，揭示了分子取向調(diào)控策略在提高電荷傳輸性能和光伏性能方面的應用潛力，并且有效抑制了自摻雜效應，提高了器件穩(wěn)定性。
目標分子中由三氮唑和烷氧基構成的側鏈，相比傳統(tǒng)胺基側鏈，其給電子能力明顯降低，因此基于自摻雜效應的電子順磁共振信號被明顯削弱。相比線性的胺基側鏈，三氮唑和烷氧基構成的側鏈體積更大，長度更延展，這促使苝酰亞胺類陰極界面材料的分子堆積由典型的“edge-on”取向轉變?yōu)橐浴癴ace-on”取向為主。相比于自摻雜策略制備的陰極界面材料，緊密的face-on 分子間堆積可賦予陰極界面材料更好的電荷傳輸性能。 最終，基于分子取向調(diào)控策略制備的目標陰極界面材料，可有效地抑制光伏電池中激子復合，同時提高光伏器件的短路電流和填充因子，基于目標陰極界面材料的三元太陽能電池獲得了19.52%的光電轉換效率。與此同時，目標陰極界面材料的自摻雜效應得到有效抑制，提高了光伏器件的空氣穩(wěn)定性。該工作為新型高性能陰極界面修飾材料的分子結構設計思路打開了另一扇大門。 論文信息 Dominant Face-On Oriented Perylene-Diimide Interlayers for High-Performance Organic Solar Cells Zhihui Chen, Qi Li, Huijun Tang, Junjie Wen, Yanyi Zhong, Jiangbin Zhang, Kai Han, Yao Liu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202424502
