有機(jī)太陽(yáng)能電池具有成本低、質(zhì)量輕、可溶液加工制備大面積柔性和半透明器件等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)引入吸電子結(jié)構(gòu)單元以開(kāi)發(fā)膜厚不敏感的陰極界面材料是實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定有機(jī)太陽(yáng)能電池、助推其產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。目前常見(jiàn)的吸電子結(jié)構(gòu)單元以芳酰亞胺（PDI、NDI）、吡咯并吡咯二酮（DPP）和苯并噻二唑 （BT）為主，通過(guò)其中亞胺（C=N）或羰基（C=O）p-pp鍵吸電子的誘導(dǎo)與共軛效應(yīng)，降低分子能級(jí)。因此，通過(guò)優(yōu)選結(jié)構(gòu)新穎的吸電子結(jié)構(gòu)單元構(gòu)筑陰極界面材料、實(shí)現(xiàn)材料光電性能優(yōu)化，將為指導(dǎo)高效陰極界面材料開(kāi)發(fā)提供寶貴的借鑒。 近日，北京化工大學(xué)劉瑤教授團(tuán)隊(duì)首次將雙磺酰亞胺（BSI）吸電子模塊引入陰極界面材料分子骨架構(gòu)建。BSI含有多重d-pp鍵而非p-pp鍵，有望誘導(dǎo)獨(dú)特的吸電子效應(yīng)和非平面構(gòu)型（圖1a與b）；BSI中氮原子孤對(duì)電子能夠通過(guò)共振發(fā)生有效離域，避免了其堿性與親核性對(duì)活性層材料的破壞；更重要地，BSI單元易于合成、結(jié)構(gòu)修飾位點(diǎn)豐富，方便進(jìn)一步功能化。最終，作者通過(guò)綠色且原子經(jīng)濟(jì)的C-H鍵活化聚合方法開(kāi)發(fā)了一類結(jié)構(gòu)特色鮮明的陰極界面材料（圖1c）。
理論模擬和實(shí)驗(yàn)表征證實(shí)了BSI獨(dú)特的電子和空間特性可以協(xié)同優(yōu)化材料的電子結(jié)構(gòu)與聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（圖2a-c），通過(guò)共聚單元結(jié)構(gòu)的調(diào)變，可進(jìn)一步優(yōu)化材料的光電性質(zhì)與界面自組裝行為。其中，BSIz-TT-PDI表現(xiàn)出適當(dāng)?shù)哪芗?jí)、優(yōu)異的金屬電極功函數(shù)修飾能力以及優(yōu)異的電學(xué)性能（圖2e-i）。 利用BSIz-TT-PDI修飾的PM6:Y6器件獲得了18.08%的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），是迄今為止該體系報(bào)告的最佳結(jié)果之一（圖3a,b）。通過(guò)對(duì)不同厚度界面層器件的性能研究發(fā)現(xiàn)，BSIz-TT-PDI在5至95 nm的厚度范圍內(nèi)，器件均能保持最高效率的94%，證實(shí)了基于BSI界面層的優(yōu)異的膜厚容忍度（圖3c）?；贐SIz-TT-PDI的器件還表現(xiàn)出出色的運(yùn)行穩(wěn)定性，在最大功率點(diǎn)連續(xù)照明工作1100小時(shí)后，初始 PCE僅降低16%（圖3d）。此外，BSIz-TT-PDI在其他二元、三元活性層體系中均表現(xiàn)出良好的適用性，并獲得了比商業(yè)化界面材料更優(yōu)異的性能, 在PM6:BTP-eC9:L8-BO體系中實(shí)現(xiàn)了19.80%的PCE（圖3e）。 總之，作者首次將含有多個(gè)d-pπ鍵的雙磺酰亞胺（BSI）單元作為一種新型、結(jié)構(gòu)可拓展的吸電子單元引入到有機(jī)太陽(yáng)能電池陰極界面層材料的構(gòu)筑。BSI獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)特性，賦予了界面層材料良好的電學(xué)性能與界面修飾能力，為通過(guò)陰極界面工程開(kāi)發(fā)高效穩(wěn)定的有機(jī)太陽(yáng)能電池提供了一條可行思路。 論文信息 Exploiting Bis-Sulfonimide Featuring Multiple d–pπ Bonds to Construct Interlayers for Organic Solar Cells Yanhui Fan, Junjie Wen, Huanhuan Yang, Huixiang Zhang, Wentian Han, Zuhao You, Yuxing Wang, Wenxu Liu, Yao Liu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202500096
