有机光伏电池(OPV)具有质轻、柔性、适用于于溶液加工等特性，是一种具有广泛应用前景的光伏技术。阴极界面层材料是OPV电池的重要组成部分，在促进电荷高效提取、降低复合损失以及提高器件稳定性方面起着关键作用。迄今为止，尽管已有诸多性能优异的界面层材料被开发，但界面层材料的结构与性能之间的关系尚未得到充分研究。明确这一关系对于新材料的设计至关重要，这将有助于进一步提升OPV电池的整体性能。中国科学院化学研究所侯剑辉研究员课题组在前期工作中，开发了一系列基于萘酰亚胺(NDI)的小分子界面层材料，展示出优异的光伏性能(Joule 2023, 7, 545-557; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2301098; J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 8697-8705)。近日，他们通过调节界面层材料侧链长度，设计合成了新型小分子阴极界面层材料NDI-PhC4和NDI-PhC6，并与NDI-Ph对比，系统研究了材料溶解度、功函数、自掺杂特性以及结晶性的变化(图1)。实验结果表明，随着侧链长度的增加，材料的熔点和自掺杂效应依次降低。相比于NDI-Ph，NDI-PhC4和NDI-PhC6在甲醇中的溶解度有显著提高，加工性得到改善。其中NDI-PhC4在溶解性和掺杂性能之间实现了最佳平衡，同时表现出出色的表面修饰能力，从而实现了较低的表面粗糙度。![]()
将三种界面层材料用于有机光伏电池中，基于NDI-PhC4的有机光伏电池达到了19.1%的能量转换效率，当活性层采用三元体系时，基于NDI-PhC4的有机光伏电池取得了20.2%的高效率，经国家计量研究院认证，效率达19.7%，这是目前单结有机光伏电池的最高效率之一(图2)。该工作从界面层材料结构与材料特性和光伏性能的构效关系上提供了新见解，对新型界面层材料的设计具有重要意义。![]()
该工作以“Naphthalene Diimide-based Cathode Interlayer Material Enables 20.2% Efficiency in Organic Photovoltaic Cells”为题，在线发表于Science China Chemistry。文章第一作者为中国科学院化学研究所博士生于跃，通讯作者为中国科学院化学研究所侯剑辉研究员，崔勇项目研究员和博士后王建邱。扫描二维码或点击左下角“阅读原文”可查阅全文。
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