有機(jī)太陽(yáng)能電池憑借其無(wú)毒、低成本、輕量化、柔性和可大面積溶液加工等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是極具發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮夥夹g(shù)。其中，無(wú)機(jī)電極材料與有機(jī)半導(dǎo)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(shì)壘、促進(jìn)界面處對(duì)電荷的選擇性提取，對(duì)提高光伏電池性能發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通常為了滿足大面積加工技術(shù)對(duì)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(yīng)用的解決策略是利用自摻雜效應(yīng)，填充缺陷，提高載流子密度，從而實(shí)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(zhuǎn)移，這限制了自摻雜策略在不同太陽(yáng)能電池材料體系中的普適性，以及器件的長(zhǎng)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(lǐng)域所面臨的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。 近日，北京化工大學(xué)的劉瑤教授和國(guó)防科技大學(xué)的張江彬副研究員，利用“點(diǎn)擊化學(xué)”開發(fā)了一種新型的以Face-on取向?yàn)橹鞯钠p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(yīng)用潛力，并且有效抑制了自摻雜效應(yīng)，提高了器件穩(wěn)定性。
目標(biāo)分子中由三氮唑和烷氧基構(gòu)成的側(cè)鏈，相比傳統(tǒng)胺基側(cè)鏈，其給電子能力明顯降低，因此基于自摻雜效應(yīng)的電子順磁共振信號(hào)被明顯削弱。相比線性的胺基側(cè)鏈，三氮唑和烷氧基構(gòu)成的側(cè)鏈體積更大，長(zhǎng)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(zhuǎn)變?yōu)橐浴癴ace-on”取向?yàn)橹鳌Ｏ啾扔谧該诫s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(biāo)陰極界面材料，可有效地抑制光伏電池中激子復(fù)合，同時(shí)提高光伏器件的短路電流和填充因子，基于目標(biāo)陰極界面材料的三元太陽(yáng)能電池獲得了19.52%的光電轉(zhuǎn)換效率。與此同時(shí)，目標(biāo)陰極界面材料的自摻雜效應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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
