20.04%分子尺度间距调控实现厚度不敏感阴极界面层，获得高效OSCs

主要内容

阴极界面层（CILs）是优化有机太阳能电池（OSCs）器件性能的关键单元。然而，开发适用于大规模印刷、厚度不敏感的阴极界面层材料（CIMs），仍是一项亟待解决且尚未被充分探索的难题。兰州大学张浩力、张雅敏及南开大学阚斌等人提出一种分子尺度间距调控策略，用于设计高性能有机太阳能电池用高效n型聚合物CIMs。该策略的核心在于精准调控n型有机半导体单元间柔性共轭断裂间隔基的链长，实现抗衡离子渗透性与共轭骨架堆积有序度的平衡，进而制备出高性能CIMs。

研究团队将该设计理念融入4,5,9,10-芘二酰亚胺（PyDI）分子平台，合成了三种n型聚合物CIMs（命名为P3、P6、P9），分别以三亚甲基、六亚甲基和九亚甲基为间隔基。其中，P6凭借平衡的间隔基链长脱颖而出，可形成最优π-π堆积结构，既保留高电子迁移率，又为溴抗衡离子掺杂提供适宜空间，最终展现出优异的掺杂浓度与电导率；同时，P6通过与给、受主材料间独特的电荷转移及能量转移过程，显著提升了电荷收集效率与激子利用率。

基于P6制备的二元有机太阳能电池光电转换效率（PCE）突破19.90%，三元器件PCE更是高达20.04%，跻身目前已报道的同类器件最高效率行列。值得关注的是，P6展现出卓越的实用化潜力：当分子量在6.9~33.8kDa范围内时，器件PCE均超19.4%，批次间偏差小于1.5%，具备优异的批次一致性；膜厚增至133nm时，PCE仍达15.51%（约为最优性能的80%），厚度耐受性出色。基于此，有效面积1.05cm²的规模化器件PCE达17.26%，13.5cm²模组PCE达15.12%，体现出良好的可规模化制备能力。

该分子尺度间距调控策略在PyDI体系中的成功应用，印证了其作为其他n型有机半导体核结构通用设计原则的潜力，为解决聚合物CIMs中电荷传输与掺杂效率的平衡问题提供了普适性方案，也为有机太阳能电池的工业化大规模生产奠定了重要基础。

文献信息

Thickness-InsensitiveCathodeInterlayerviaMolecular-ScaleDistanceRegulationforEfficientOrganicSolarCells

Wen-JingSun，Ya-TingWang，JiaWang，Yun-TaoDing，Shun-DaWu，Bo-YangZhang，Bo-ZhouChen，Xing-HaoCui，Jia-XuanLai，Hao-FeiLi，XueJia，ZhanHuang，JiayingWang，YongHuo，KaihuXian，ZitongLiu，BinKan，YaminZhang，Hao-LiZhang

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c16273