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【JACS】高达20%的转化效率，新型基于苝酰亚胺的双修饰机制的阴极界面层 ​

简介 ​

在稳定性和性能改进方面，阴极界面层(CIL)在有机太阳能电池(OSCs)中扮演着关键角色。本文提出了一种创新的酰胺功能化界面层材料(PDI-Leu-am)，展示出提高光稳定性和热稳定性的效果，并且有效改善了电子提取和电极的欧姆接触。

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摘要 ​

阴极界面层(CIL)对有机太阳能电池(OSCs)的性能和长期稳定性至关重要。本文设计合成了酰胺功能化的PDI-Leu-am分子作为不掺杂的CIL材料，成功克服了传统胺基CILs对受体材料分解的影响。PDI-Leu-am在提高光稳定性和热稳定性方面展示了显著的效果，同时在活性层/阴极界面上展示了双重修饰能力，不仅有助于电子提取，还降低了电极的功函数。最终，该机制实现了高达20%的功率转换效率(PCE)。

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研究结果与讨论 ​

材料合成 ​

设计并合成了基于经典n型半导体材料PDI的目标分子PDI-Leu-am。反应过程简单且高效，适合用作界面层材料。

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受体稳定性 ​

不同官能团对受体稳定性的影响通过UV-可见吸收光谱进行了研究。结果表明，次胺基团会加速受体降解，而酰胺基团展示出卓越的稳定性，验证了PDI-Leu-am的潜力。

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功函数修饰 ​

使用UPS技术评估PDI-Leu-am对Ag电极表面功函数的变化。结果显示，PDI-Leu-am能够有效降低Ag电极的功函数，形成良好的欧姆接触。理论计算进一步证实了酰胺基团与Ag之间的电荷转移。

电子提取能力 ​

通过J-V特性测量评估不同CILs的电子提取能力。PDI-Leu-am展示出显著提高的短路电流密度(J_SC)和开路电压(V_OC)，验证了其电子提取效果与UPS和KPFM结果一致。 image.png

微观形貌分析 ​

通过AFM和接触角测量分析了不同CILs在活性层表面的微观结构。结果显示，PDI-Leu-am能够形成更有序的组装，有助于电子传输通道的形成。

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光伏性能 ​

在D18/L8-BO体系中，使用PDI-Leu-am作为CIL的设备实现了高达19.75%的PCE。在D18/L8-BO:BTP-eC9–4F体系中，PDI-Leu-am基设备的PCE达到了20%。EQE光谱验证了PDI-Leu-am在受体区域的高效光电转换效率。

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结论 ​

本文成功设计并合成了基于酰胺的PDI-Leu-am分子，展示了其作为高性能、有机太阳能电池稳定CIL的潜力。PDI-Leu-am不仅有效提高了电子提取效率和光电转换效率，还显著改善了设备的光稳定性和热稳定性。未来，PDI-Leu-am有望成为高性能、长寿命、有机太阳能电池界面材料的重要选择。

参考文献 ​

Wang, X.; Liang, Q.; Zhang, A.; Wei, N.; Jiang, H.; Cheng, Y.; Fang, H.; Li, S.; Lu, H.; Li, W.; Bo, Z. Amide-Based Cathode Interfacial Layer with Dual-Modification Mechanisms Enables Stable Organic Solar Cells with High Efficiency Achieving 20%. J. Am. Chem. Soc. 2025, jacs.4c15071. https://doi.org/10.1021/jacs.4c15071.