商鋪介紹： 利用碳龍化合物制備新型有機太陽能電池界面層材料，所得器件的光電轉換效率高達18%。
1. 前言
有機太陽能電池（OSCs）在柔性、可印刷和半透明器件中顯示出相當大的應用前景，光電轉換效率（PCE）和穩定性的發展仍然是制約OSC實際工業化生産的重要因素。該器件的光伏性能已經探索了很多，其方法主要集中在分子設計、器件結構修飾和有源層的建構上。通過将創新的分子設計與合适的供給體相比對，Y6及其衍生物開辟了一個新的世界，非富勒烯OSCs的效率超過18%。除了分子創新，界面工程還可以提高器件的性能。
界面工程是指通過在有源層與陰極或陽極之間插入一層或兩層中間層來改善間接接觸，并進一步調整電極的形狀或功能以提高器件的性能。目前，界面材料主要有以下幾種類型：金屬氧化物（MO），如常用的ZnO和MoOx，醇溶性聚合物和小分子如氨基PDINO和PFN-Br，低功能金屬和金屬鹽或化合物，如Ca和LiF，碳基材料如富勒烯，石墨烯及其衍生物。熱蒸發和正交溶劑紡絲是處理這些界面材料的兩種最常用的方法，并且由于大多數界面材料是醇溶性小分子和聚合物，是以溶劑旋轉塗層由于其可印刷性而被認為比熱蒸發更具成本效益。
圖1：相關分子和器件的結構圖
2. 引言
鑒于上述情況，近日，南方科技大學何峰教授、廈門大學夏海平教授、譚元志教授等研究團隊攜手合作，以碳龍化合物和六苯基衍生物為原料，合成了一種新型的醇溶性金屬納米石墨烯。最後，反應産物的偶聯程度大大提高，産生了一系列新的陰極中間體（CIL）材料：HBC-H，HBC-P，HBC-S。這些基于過渡金屬的大型金屬芳烴體系具有納米石墨烯中心，具有增強的載流子傳遞和出色的分子互相作用的組合特性。
圖2：基于三種不同CIL材料的器件光伏性能比較
研究人員進一步将合成材料應用于PM6：BTP-eC9器件，研究了不同CIL材料對光伏性能的影響，發現當HBC-S用作CIL材料時，器件的效率從16%提高到18%以上，主要是由于短路電流密度（JSC）顯著增加至26.51mA cm-2，填充因子（FF）為79.22%。為了研究這些SIL材料的性質，研究人員利用單晶X射線衍射分析、光學測試、圓形電化學測試和理論計算，對這些新型CIL材料的d-p-p共轭系統進行了深入研究，并通過形态學表征和電化學阻抗譜表征了它們的表面接觸。研究發現，引入共轭側鍊後形成的大共轭骨架可以加強分子内電荷的轉移，提供更均勻的分子間電子傳遞，最終獲得比受體更低、更合适的LUMO能級，使其更容易注入載體。經過HPC-S處理，界面接觸良好，圖案規則，界面電阻降低，大大阻礙了載體的子複合。
圖3：表征不同CIL材料分子的電化學性質
3. 總結
綜上所述，這項工作不僅創新地利用碳龍衍生物合成具有高d-p共轭系統的新型CIL材料，而且為下一代高性能OSC提供了巨大的潛力。該研究的結果發表在國際學術期刊advanced Materials上，标題為"納米石墨烯 - 滲透五炔配合物作為太陽能電池有機電池中陰極中間層的效率超過18%。"
本文關鍵詞： 有機太陽能電池， 界面工程， 電荷傳輸， 碳龍化合物， 陰極中間體， 界面層材料， HBC-P， HBC-H， HBC-S.
4. 本文涉及相關材料
下午6：1802013-83-7
BTP-eC9：2598965-39-8
PTB7-周：1469791-66-9
PC71BM：609771-63-3
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https://doi.org/10.1002/adma.202101279