有機(jī)太陽電池由于具有質(zhì)輕，柔性，可低成本溶液加工大面積器件等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注。有機(jī)太陽電池的界面調(diào)控對(duì)于其性能至關(guān)重要。在有機(jī)太陽電池器件的活性層與電極之間加入一層界面材料可以顯著提高有機(jī)太陽電池的性能。水醇溶共軛聚合物/小分子是一類高性能的界面材料，其可采用環(huán)境友好型溶劑（水或醇類）加工。由于大多數(shù)有機(jī)半導(dǎo)體的加工溶劑（氯仿，氯苯，甲苯等）為非極性溶劑，水醇溶共軛聚合物/小分子可以有效避免加工過程對(duì)其它層材料的侵蝕，從而有利于制備多層器件。另外，水醇溶共軛聚合物/小分子還可以改善電池器件中活性層與電極的接觸，提高電荷傳輸和收集效率。n型水醇溶共軛聚合物/小分子由于具有更深的電子能級(jí)和較高的電子遷移率而表現(xiàn)出更好的電荷傳輸與收集性能。除此之外，通過對(duì)n型水醇溶共軛聚合物/小分子進(jìn)行摻雜也是提高其性能的一種重要方法。
華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃飛教授課題組在有機(jī)太陽電池界面材料的設(shè)計(jì)、合成與性能等方面進(jìn)行了深入研究，不僅開發(fā)了一系列的高效水醇溶界面材料，并且采用其制備了高效的有機(jī)太陽電池。近日，該課題組采用萘酰亞胺(NDI)和苝酰亞胺(PDI)單元通過Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)合成了兩種具有良好平面性的n型水醇溶小分子(NFN和PFP)。其側(cè)鏈的叔胺基團(tuán)可以對(duì)n型的主鏈共軛結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效摻雜。NFN和PFP可以作為性能優(yōu)良的陰極界面材料應(yīng)用于有機(jī)太陽電池中。當(dāng)以PTB7-Th:PC71BM作為活性層，NFN和PFP的厚度為5nm時(shí)，相應(yīng)的有機(jī)太陽電池器件效率高達(dá)8.59%和9.80%。值得一提的是，具有更高遷移率的PFP可以作為厚膜加工的界面材料，當(dāng)其厚度達(dá)到60nm時(shí)，有機(jī)太陽電池的器件效率仍然可以維持在6.79%。
該工作不僅開發(fā)了新型的高效水醇溶界面材料，同時(shí)也表明高遷移率的水/醇溶共軛小分子界面材料可以在未來卷對(duì)卷印刷的大面積有機(jī)太陽電池方面具有應(yīng)用前景，也為設(shè)計(jì)開發(fā)用于有機(jī)太陽電池的高效界面材料提供了一定的參考意義。相關(guān)文章發(fā)表在Science China Chemistry。Jinju Liu et al. Self-doped n-type small molecular electron transport materials for high-performance organic solar cells. Sci China Chem. 2017, 60: 1136-1144, doi: 10.1007//s11426-017-9057-1
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