近日，北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心谭占鳌教授课题组在《Energy & Environmental Science》期刊上发表了题为“Efficient Interface Modification via Multi-Site Coordination for Improved Efficiency and Stability in Organic Solar Cells”的研究论文，开发了具有多点配位作用的蒽醌类有机小分子，用以有机太阳能电池中氧化锡界面修饰，实现器件光伏器件和稳定性的同步提升。
有机太阳能电池（OSCs）器件中的空穴传输层和电子传输层（ETL）可为相应电极提供更好的欧姆接触，并在调节电极的功函数、表面形貌、以及促进电荷提取和收集过程中起着至关重要的作用。在各种ETL材料中，金属氧化物包括ZnO、SnO2和TiO2等，已广泛用于OSCs和其它有机电子器件中，如钙钛矿太阳能电池和有机发光二极管。尽管目前基于金属氧化物ETL的研究已经取得了重大进展，但此类材料的固有缺陷导致性能和稳定性不理想，需要进一步改进。虽然研究者已经开发出各种应对策略如通过在金属氧化物层上引入聚合物、富勒烯或量子点来构建双层ETL等，但是对其基本工作机理的理解仍然比较有限。此外，这些已报道的改性层由于复杂的合成会导致高成本和聚合物批次间变化。因此，由于缺乏合适的改性材料和深刻的工作机制理解，开发低成本高性能的金属氧化物ETL以实现高性能和稳定的OSCs仍然具有挑战性。
图1SnO2与1-DPAQ的配位作用的理论计算及实验证明
本研究设计并合成了一种蒽醌衍生物1-DPAQ，用于填补SnO2表面的氧空位，同时可优化SnO2层的功函数并提高其导电性，抑制电荷复合并提高电荷收集能力。系统的理论分析和表征证明， SnO2与1-DPAQ之间存在配位稳定作用，从而填补SnO2的氧空位，有效抑制电荷复合，有利于电荷的提取和收集过程。在PM6:BTP-ec9与PM6:PB2F:BTP-ec9活性层体系中分别实现17.7%和18.1%的高光电转化效率，此外，基于SnO2/1-DPAQ复合ETL的OSC器件显著提高了设备的储存稳定性与光稳定性。
图2 基于不同ETL的器件光伏性能
该工作的第一作者为北京化工大学于润楠副教授；通讯作者为谭占鳌教授。北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心为第一完成单位。本研究工作得到了国家自然科学基金项目的资助以及中国科学院化学研究所和北京交通大学的支持。
文章信息：R. Yu, X. Wei, G. Wu, T. Zhang, Y. Gong, B. Zhao, J. Hou, C. Yang and Z. Tan, Energy Environ. Sci., 2022, DOI:10.1039/D1EE03263A
原文链接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2022/EE/D1EE03263A
课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/tanzhanao