Angew. Chem.: 基于硒吩稠合的苝二酰亞胺陰極界面材料通過促進的電荷萃取實作19%效率的二進制有機太陽能電池
有機太陽能電池因其具有質輕，柔性，可卷對卷制備等優點而備受關注。随着新材料的開發以及器件工藝的優化，單節有機太陽能電池的能量轉換效率已經超過19%。由于有機太陽能電池典型的三明治結構（陽極/活性層/陰極），是以界面材料對于電荷從活性層提取到電極是非常關鍵的，目前對于簡單有效的界面材料的研究是相對不足的。為此，國家納米科學中心周二軍團隊設計并合成了基于硒吩稠合的苝二酰亞胺陰極界面材料，用于實作高效的二進制有機太陽能電池。
通過密度泛函理論計算，硒吩稠合後的SePDI3具有更好的剛性和平面性。通過紫外吸收光譜，電子順磁共振，電導率測試表明SePDI3具有更好的自摻雜特性和更高的電導率。通過紫外光電子能譜表明SePDI3也同時具有良好的電極功函修飾能力。各項分析都表明SePDI3具有作為有機太陽能電池陰極界面材料的潛力。
研究表明，SePDI3與PM6接觸後可以産生光伏效應，進而在PM6/SePDI3界面處發生電荷轉移。此外SePDI3的器件具有更大的内建電勢和更小的傳輸電阻，這可以避免電子在界面處造成過度累積，加速電子轉移。瞬态光電壓/光電流測試也表明SePDI3器件具有更快的電荷提取和更低的電荷複合行為。
更重要的是，共轭骨架與Se原子之間的互相影響可以增強自旋軌道耦合，促進的隙間穿越，進而在SePDI3中形成活性氧，促進了SePDI3與L8-BO之間的化學互相作用，形成額外的電子傳輸通道，促進電子提取。另外KPFM結果同樣表明SePDI3的引入有利于電子從活性層中提取出來。改善的電荷提取有利于幫助器件同時提高短路電流密度和填充因子。最終，以PM6:L8-BO為活性層，以SePDI3為陰極界面層的有機太陽能電池實作了19.04%的效率和81.65%的高填充因子。
論文資訊
Selenophene-fused Perylene Diimide-based Cathode Interlayer Enables 19% Efficiency Binary Organic Solar Cells via Stimulative Charge Extraction
Zongtao Wang, Helin Wang, Lei Yang, Mengzhen Du, Lei Gao, Qiang Guo, Erjun Zhou
文章的第一作者為鄭州大學/國家納米科學中心聯合培養博士生王宗濤，通訊作者為國家納米科學中心周二軍研究員和王赫麟副研究員。