效率超 20% 的OSCs！调控萘二酰亚胺基阴极界面层的分子结构

阴极中间层（CILs）是实现有机太阳能电池（OSCs）高光电转换效率（PCE）的关键核心组件。针对高性能阴极中间层分子设计的核心难题，青岛大学刘亚辉、Xiaodong Wang、王逸凡，北京师范大学薄志山等人联合开展系统性研究，通过共轭核拓展与分子构型调控相结合的策略，设计并合成了三种具有不同桥联结构的给体–受体（D–A）型阴极中间层分子（NDIT1、NDI1、NDIT2），并系统探究了分子结构与器件光伏性能之间的构效关系。

该联合团队研究发现，NDIT2 分子中的刚性稠环桥联结构赋予其更优异的分子平面性，有效提升材料本征结晶度并显著增强自掺杂效应；同时，这种优化的分子构型可促使NDIT2形成高度有序的分子聚集态，进而在与活性层的界面处构建均匀、低缺陷的纳米级界面结构，既显著提升电荷传输与抽取效率，又能有效抑制电荷复合损失。此外，三种合成的CILs材料均具备良好的溶解性、匹配的能级结构以及高效的电极功函数修饰能力，为器件性能提升奠定了基础。

基于D18:L8‑BO活性层体系、采用NDIT2作为阴极中间层的器件，实现了20.03%的光电转换效率（PCE）、80.33%的填充因子（FF）以及27.26 mA·cm⁻²的短路电流密度（J），性能显著优于基于NDIT1（18.95%）和NDI1（19.16%）的器件，且展现出更优异的初始操作稳定性。

综上所述，该联合团队的研究证实，通过分子构型工程协同调控分子结晶性与界面自组装行为，是开发高性能阴极中间层的有效策略，不仅明确了分子结构与器件性能的内在关联，更为设计高效、稳定的有机太阳能电池提供了清晰可靠的分子设计思路与理论指导，具有重要的理论与实践价值。

文献信息

Enablingover20%EfficiencyOrganicSolarCellsbyMolecularConfigurationModulationofNaphthaleneDiimide-BasedCathodeInterlayers

YixunShu、QihangLiu、YetaiCheng、YonghuanLi、TongSun、XingYan、LuyaoYang、YawenGuo、AndongZhang、XiangweiZhu、HuanxiangJiang、QinyeBao、YifanWang、XiaodongWang、ZhishanBo、YahuiLiu

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.6c03126