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北化工张志国团队AM:氟化苝二亚胺阴极界面层材料促进有机太阳能电池载流子收集

发表时间:2022-06-24 10:49作者:知研光电材料
导语,研究人员设计并合成了两种PDINN氟化衍生物:PDINN-F和PDINN-2F,作为阴极界面层材料时,功函数增加,器件中实现了18%以上的高PCE。
更多光电前沿资讯和材料,可关注微信公众号“有机光电前沿”与“知研光电材料”。文中所涉及众多材料知研均有销售,详情请联系客服。北化工张志国团队AM:氟化苝二亚胺阴极界面层材料促进有机太阳能电池载流子收集
文献直通车请点击链接。如需文献PDF,可直接联系知研客服获取。
1.前言回顾
作为清洁型和可持续的下一代能源,有机太阳能电池(OSCs)重量轻、灵活性高,制造成本低,并且与快速卷对卷制造兼容,因而引起了研究人员的广泛关注。作为OSCs中的关键部分,活性层和阴极金属之间的阴极中间层(CIL)对提高OSCs的光电转换效率(PCE)和稳定性起着重要作用。目前,广泛使用的CIL材料有聚芴衍生物系列(PFN和PFN-Br)、含脂肪胺聚合物(PEI和PEIE)、功能性富勒烯、萘二亚胺(NDI)、苝二亚胺(PDI)等。其中,基于PDI的小分子CIL材料因其低成本和高性能脱颖而出。尽管CIL材料取得了显著进展,但设计一种适用于所有OSCs活性层的CIL材料仍然具有挑战性,这主要归因于不同活性层的表面能、电学性能等有很大的不同。

1.两种PDINN氟化衍生物结构与合成


2.文献简介
PDINN是一种PDI衍生物,由北京化工大学张志国教授团队、中科院化学研究所李永舫院士团队于2020年首次报道,其具有功函数(WF)可调、高电导率以及与活性层良好的界面相互作用的优点,作为CIL材料时可以获得优异的器件性能。基于此,近日,张志国教授团队提出对PDINN核的间隔位置进行氟化处理,用以优化LUMO能级,从而在阴极界面实现更好的能级匹配。研究人员设计了一种新的氟化方案,合成了两种PDINN氟化衍生物:PDINN-F和PDINN-2F。它们是在温和的反应条件下,在15分钟内将芳基硝基直接转化为其含氟对应物,具有较低的LUMO能级,并且同时保留了PDINN的优点,例如改性阴极WF的能力优异,以及在甲醇中的良好溶解性。

图2.器件结构与光伏性能

研究结果显示,PDINN-F的LUMO能级(-4.08 eV)低于BTP-eC9的LUMO能级(-4.05 eV),导致无势垒电子提取。当采用改性的PDINN-F/Ag作为阴极,以PM6:BTP-eC9为活性层时,OSCs器件中实现了18%以上的高PCE,这主要得益于器件中抑制的电荷复合和增强的电子收集。此外,基于PDINN-F的器件也实现了高稳定性,这代表着未来应用的重要进展。

3.激子离解和电荷收集性质


3.文献总结

综上,该工作利用氟脱硝反应制备了两种高性能小分子CIL材料,可以提高器件效率和稳定性,促进了OSCs的应用前景。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Materials》上,题为“Fluorinated Perylene-diimides: Cathode Interlayers Facilitating Carrier Collection for High-Performance Organic Solar Cells”。
本文关键词:有机太阳能电池,界面层材料,功函数,高性能。

4.材料推荐

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