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苝酰亚胺类(PDI)有机半导体具有优良的电荷传输性能,被广泛用于有机光伏电池(OSC)的阴极修饰。虽然 PDI 类阴极界面层极大地推动OSC光伏效率的提升,但是其成膜性和薄膜抗溶剂性能依然较差,限制了此类材料的应用范围。针对这一问题,北京化工大学许博为和中科院化学所侯剑辉团队设计合成了聚合物 PPDINN,通过非共轭链接方式将 PDI 聚合物化,改善了材料的溶液加工性能和薄膜抗溶剂性,使 PDI 类有机半导体能够通用于正式结构、反式结构和印刷型OSCs,并获得优异的器件性能。
作者选用非离子型的低聚(乙二醇)(OEG)作为链接基元构建非共轭PDI聚合物。非共轭链接单元可以保持聚合物良好的透光性,同时能够显著增强阴极界面层的n型掺杂效应,提高其点和传输性能。掠入射广角X射线散射(GIWAXS)结果表明,聚合物化的PDI材料结晶性降低,有利于通过溶液法制备出平整薄膜。 采用PPDINN制备正式结构的OSC,器件的光伏效率达到 18.6%,并表现出良好的稳定性。由于聚合物薄膜的抗溶剂性能优于小分子材料,在制备反向器件方面具有明显优势。因此,相比PDINN,采用PPDINN阴极界面层制备的反向OSC光伏效率能够从11.7%提高到16.0%。此外,PPDINN很好的兼容大面积涂布/印刷工艺。作者采用涂布法加工PPDINN阴极界面层制备 1-cm2 的电池,获得了 16.65% 的光伏效率。 综上所述,本工作不仅开发出性能优异的阴极界面层PPDINN,并展示出PDI类有机半导体在OSC阴极修饰方面的重要价值。特别是,PPDINN在正向电池、反向电池和大面积电池等多种不同结构器件中的优异表现,为有机光伏领域开发新型的通用型界面层材料提供了有益的启示和参考。 论文信息 Non-Ionic Perylene-Diimide Polymer as Universal Cathode Interlayer for Conventional, Inverted, and Blade-Coated Organic Solar Cells Luxin Feng, Yanhe Xiang, Zhe Li, Qingyang Li, Hongliang Dong, Shouke Yan, Bowei Xu, Jianhui Hou Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202410857
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