有机太阳能电池因其质轻、柔性、可通过溶液法大面积低成本加工等优势，有望成为新一代清洁能源技术，应用前景广阔。开发膜厚不敏感的阴极界面修饰材料从而实现高效稳定的有机太阳能电池对有机光伏器件的大面积涂布生产及商业化应用具有重要意义，是有机光伏领域的重要挑战之一。
本研究将具有三维笼状结构的二氮杂双环（简称DABC，结构如图1所示）引入分子骨架，通过进一步调控p-功能模块的尺寸，创制电活性紫罗烯聚合物材料新体系（图1B）。DABC刚性结构与较高的电子云密度赋予了此类紫罗烯材料优异的热稳定性及不依赖于p-功能模块结构的强大功函数调节能力，可有效减低包括Ag、Cu和Au在内的多种金属电极的功函数（图1C）。
图1.（A）二氮杂双环基离子基团降低金属电极功函数示意图；（B）三种电活性紫罗烯化学结构示意图；（C）空气稳定金属（Ag, Cu, Au）及经过三种紫罗烯修饰后的紫外光电子能谱和扫描开尔文探针示意图
得益于超强的金属电极修饰能力、电荷提取能力以及与活性层良好的兼容性，基于NDI-DABC和PDI-DABC阴极界面修饰层厚度达到100 nm以上时，PM6:Y6体系依旧能够稳定输出高效率（图2A）；且器件表现出极佳的运行稳定性，相应正置器件在最大功率输出点持续运行1000 h后，仍保持了80%以上的初始效率（图2B）。当应用于更高效的PM6:L8-BO活性层体系时，器件性能可达18.4%以上，证明了此类电活性紫罗烯阴极界面层材料优异的普适性（图2C）；当修饰层厚度达到105 nm时，器件仍可实现超过16%的光电转换效率，创造了高膜厚（大于100 nm）阴极界面修饰层器件的新纪录（图2D）。另外，由于合成步骤简单高效且不涉及昂贵的金属催化剂，此类新型电活性紫罗烯材料的成本不足5 $ g−1，仅为常用阴极界面修饰材料PFN-Br的2%。
图2. 经过三种电活性紫罗烯修饰的器件性能及稳定性
该工作以“Diazabicyclic Electroactive Ionenes for Efficient and Stable Organic Solar Cells”为题发表于《Angew. Chem. Int. Ed.》上，第一作者为北京化工大学高精尖中心硕士生游祖豪和宋亚男，通讯作者为刘文旭副教授和刘瑶教授。北京化工大学软物质与工程创新中心为第一通讯单位。本研究得到了国家自然科学基金项目的资助。
文章信息：
YOU Z, SONG Y, LIU W, et al. Diazabicyclic Electroactive Ionenes for Efficient and Stable Organic Solar Cells. Angew. Chem. Int. Ed. 2023: e202302538.
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202302538
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