商铺介绍： 利用碳龙化合物制备新型有机太阳能电池界面层材料，所得器件的光电转换效率高达18%。
1. 前言
有机太阳能电池（OSCs）在柔性、可印刷和半透明器件中显示出相当大的应用前景，光电转换效率（PCE）和稳定性的发展仍然是制约OSC实际工业化生产的重要因素。该器件的光伏性能已经探索了很多，其方法主要集中在分子设计、器件结构修饰和有源层的构建上。通过将创新的分子设计与合适的供给体相匹配，Y6及其衍生物开辟了一个新的世界，非富勒烯OSCs的效率超过18%。除了分子创新，界面工程还可以提高器件的性能。
界面工程是指通过在有源层与阴极或阳极之间插入一层或两层中间层来改善间接接触，并进一步调整电极的形状或功能以提高器件的性能。目前，界面材料主要有以下几种类型：金属氧化物（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，低功能金属和金属盐或化合物，如Ca和LiF，碳基材料如富勒烯，石墨烯及其衍生物。热蒸发和正交溶剂纺丝是处理这些界面材料的两种最常用的方法，并且由于大多数界面材料是醇溶性小分子和聚合物，因此溶剂旋转涂层由于其可印刷性而被认为比热蒸发更具成本效益。
图1：相关分子和器件的结构图
2. 引言
鉴于上述情况，近日，南方科技大学何峰教授、厦门大学夏海平教授、谭元志教授等研究团队携手合作，以碳龙化合物和六苯基衍生物为原料，合成了一种新型的醇溶性金属纳米石墨烯。最后，反应产物的偶联程度大大提高，产生了一系列新的阴极中间体（CIL）材料：HBC-H，HBC-P，HBC-S。这些基于过渡金属的大型金属芳烃体系具有纳米石墨烯中心，具有增强的载流子传递和出色的分子相互作用的组合特性。
图2：基于三种不同CIL材料的器件光伏性能比较
研究人员进一步将合成材料应用于PM6：BTP-eC9器件，研究了不同CIL材料对光伏性能的影响，发现当HBC-S用作CIL材料时，器件的效率从16%提高到18%以上，主要是由于短路电流密度（JSC）显著增加至26.51mA cm-2，填充因子（FF）为79.22%。为了研究这些SIL材料的性质，研究人员利用单晶X射线衍射分析、光学测试、圆形电化学测试和理论计算，对这些新型CIL材料的d-p-p共轭系统进行了深入研究，并通过形态学表征和电化学阻抗谱表征了它们的表面接触。研究发现，引入共轭侧链后形成的大共轭骨架可以加强分子内电荷的转移，提供更均匀的分子间电子传递，最终获得比受体更低、更合适的LUMO能级，使其更容易注入载体。经过HPC-S处理，界面接触良好，图案规则，界面电阻降低，大大阻碍了载体的子复合。
图3：表征不同CIL材料分子的电化学性质
3. 总结
综上所述，这项工作不仅创新地利用碳龙衍生物合成具有高d-p共轭系统的新型CIL材料，而且为下一代高性能OSC提供了巨大的潜力。该研究的结果发表在国际学术期刊advanced Materials上，标题为"纳米石墨烯 - 渗透五炔配合物作为太阳能电池有机电池中阴极中间层的效率超过18%。"
本文关键词： 有机太阳能电池， 界面工程， 电荷传输， 碳龙化合物， 阴极中间体， 界面层材料， HBC-P， HBC-H， HBC-S.
4. 本文涉及相关材料
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