導語：研究人員設計了一種具有多個配位位點的水/醇溶性低成本蒽醌衍生物1-DPAQ，並將其用作SnO2的介面修飾層，基於PM6:BTP-eC9二元和PM6:PB2F:BTP-eC9三元OSCs器件可分別獲得17.7%和18.1%的高PCE，並且具有高穩定性。北化工譚佔鰲EES:高效介面修飾提高有機太陽能電池的效率和穩定性
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1.前言回顧
有機太陽能電池（OSCs）器件的典型結構包括透明導電電極、體異質結活性層和金屬電極。通常，活性層處於空穴和電子傳輸層（ETL）之間，其可以獲得與相應電極更好的歐姆接觸。其中，電子傳輸層在調節電極的功函式（WF）和形貌、以及促進電荷提取和收集過程中起著至關重要的作用。高電荷遷移率和保證光吸收的良好透射率是高效電荷傳輸層的兩個先決條件。為了滿足OSCs大規模製造的要求，迫切需要具有易加工性和良好穩定性的低成本電荷傳輸層。
在各種ETL材料中，金屬氧化物包括ZnO、SnO2和TiO2等，現已廣泛用於OSCs和其它有機電子學中，如鈣鈦礦太陽能電池和有機發光二極體。儘管目前基於金屬氧化物ETL的研究已經取得了重大進展，但此類材料的固有缺陷導致效能和穩定性不理想，需要進一步改進。雖然人們已經開發出各種應對策略如透過在金屬氧化物層上引入聚合物、富勒烯或量子點來合成雙層ETL等，但是對其基本工作機理的理解仍然比較有限。此外，這些已報道的改性層由於複雜的合成會導致高成本和聚合物批次間變化，因此，由於缺乏合適的改性材料和獨特的工作機制，開發成本效益高的金屬氧化物ETL以實現高效能和穩定的OSCs仍然具有挑戰性。
圖1.1-DPAQ與SnO2的相互作用
2.文獻簡介
蒽醌衍生物透過化學修飾表現出良好的電子接受性和易於設計的特點，已被推廣到不同的領域，如藥理學、感測器和電容器等。然而，蒽醌作為OSCs介面改性材料的可行性研究卻很少。近日，北京化工大學譚佔鰲教授研究團隊設計了一種具有多個配位位點的水/醇溶性低成本蒽醌衍生物1-DPAQ，並將其用作SnO2的介面修飾層，從而改善OSCs器件的PCE和穩定性。理論分析和表徵表明，SnO2與1-DPAQ透過不同的配位位點形成穩定的配位構象，可以有效地抑制SnO2的表面氧空位，實現更好表面接觸的同時可以有效地減少缺陷誘導的電荷複合。
圖2.相關表徵資料
此外，1-DPAQ對SnO2的改性可以有效地提高ETL的導電性，降低介面的功函式和表面能。研究結果顯示，當使用1-DPAQ/SnO2作為複合ETL時，基於PM6:BTP-eC9二元和PM6:PB2F:BTP-eC9三元OSCs器件可分別獲得17.7%和18.1%的高PCE。最重要的是，由於受到限制的表面空位和疏水基團的向外排列，基於1-DPAQ修飾的SnO2 ETL器件比對照器件具有更好的光穩定性。此外，1-DPAQ的引入可以將ETL的退火溫度降低到室溫，使其成為未來柔性器件應用的良好候選。
圖3.不同ETL下器件光伏效能
3.文獻總結
綜上，該工作不僅為同時提高OSCs器件效率和穩定性提供了一種經濟有效的方法，還揭示了金屬氧化物ETL介面改性的材料設計規則和工作機理。相關研究成果現已發表在國際頂級能源期刊《Energy & Environmental Science》上，題為“Efficient Interface Modification via Multi-Site Coordination for Improved Efficiency and Stability in Organic Solar Cells”。
本文關鍵詞：有機太陽能電池，電子傳輸層，蒽醌衍生物，功函式，表面能。
4.材料推薦
PM6：1832013-83-7
BTP-eC9：2598965-39-8
