北京化工大学刘瑶团队Angew：基于二氮杂双环电活性紫罗烯阴极界面修饰层的高效稳定有机太阳能电池

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前言回顾

有机太阳能电池因其质轻、柔性、可通过溶液法大面积低成本加工等优势，有望成为新一代清洁能源技术，应用前景广阔。开发膜厚不敏感的阴极界面修饰材料从而实现高效稳定的有机太阳能电池对有机光伏器件的大面积涂布生产及商业化应用具有重要意义。北京化工大学刘瑶教授课题组长期致力于高性能紫罗烯类以及两性离子类醇溶性界面层材料开发及其光电应用研究（Science, 2014, 346, 441; Angew Chem. Int. Ed., 2015, 54, 11485; Adv. Mater. 2018, 30, 1705976; Angew Chem. Int. Ed., 2018, 57, 11485; Angew Chem. Int. Ed., 2019, 58, 5677; Angew Chem. Int. Ed., 2020, 59, 18131; ACS Energy Lett. 2021, 6, 3228; Chem. Mater. 2022, 34, 7293; ACS Energy Lett. 2022, 7, 4052）。

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文献简介

近日，北京化工大学刘瑶教授、刘文旭副教授课题组创新电活性紫罗烯聚合物设计思想，首次将具有三维笼状结构的二氮杂双环（简称DABC，结构如图1A所示）引入分子主链，通过进一步调控p-功能模块的大小（从苯环到萘环再到苝环），创制电活性紫罗烯聚合物材料新体系（图1B）。研究结果证实，DABC刚性结构与较高的电子云密度赋予了此类紫罗烯材料优异的热稳定性及不依赖于p-功能模块结构的强大功函数调节能力，可有效减低包括Ag、Cu和Au在内的多种金属电极的功函数（图1C）。

得益于超强的金属修饰能力、电荷提取能力以及与活性层良好的兼容性，基于NDI-DABC和PDI-DABC阴极界面修饰层厚度达到100 nm以上时，PM6:Y6体系依旧能够稳定输出（图2A）；且器件表现出极佳的运行稳定性，相应正置器件在最大功率输出点持续运行1000 h后，仍保持了80%以上的初始效率（图2B）。当应用于更高效的PM6:L8-BO活性层体系时，器件性能可提高到18.4%以上，证明了此类电活性紫罗烯阴极界面层材料优异的普适性（图2C）；当修饰层厚度达到105 nm时，器件仍可实现超过16%的光电转换效率，这是高膜厚（大于100 nm）阴极界面修饰层器件的新纪录（图2D）。另外，由于合成步骤简单高效且不涉及昂贵的金属催化剂，此类新型电活性紫罗烯材料的成本仅为常用阴极界面修饰材料PFN-Br的2%，应用前景十分广阔。

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文献总结

综上，本工作开发了一类具有低成本与极宽膜厚加工窗口的电活性紫罗烯类阴极界面层材料并将它们成功应用于高效、稳定有机太阳能电池的开发。希望我们的工作可为高效界面层材料的开发提供全新视角并助力有机光伏的商业化应用进程。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，题为“Diazabicyclic Electroactive Ionenes for Efficient and Stable Organic Solar Cells”。文章的第一作者是北京化工大学的游祖豪和宋亚男；北京化工大学刘瑶教授和刘文旭副教授为共同通讯作者。

本文关键词：有机太阳能电池，电活性紫罗烯、二氮杂双环阳离子、阴极界面层。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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