有机太阳能电池（OSC）因其重量轻、柔韧性好、透明度高以及与大规模低成本溶液加工的良好兼容性而受到广泛关注。实现OSCs高能量转化效率（PCE）的一个关键因素是促进活性层和电极之间的有效电荷传输。界面工程涉及功能化界面层的设计以及将其集成到电池器件结构中，被认为是调整能级和消除界面能垒以增强OSC中电荷传输和收集的关键策略。然而，当前的界面层材料都是具有明显光吸收的稠环基材料，这对于活性层的光利用影响巨大，从而进一步限制界面材料的膜厚容忍度。材料的高透过率与良好导电性之间的矛盾对开发具有足够膜厚耐受性的阴极界面层（CIL）材料构成了巨大挑战，这阻碍了OSC的进一步发展。

图1. 聚酰亚胺-紫罗烯聚合物结构示意图及光透过性

本工作将苯二酰亚胺（PMD）共价融合成基于咪唑离子单元的紫罗烯骨架，首次提出并合成出了一类醇加工的全透明N-型有机半导体。这些名为PMD-DI和PMD-PD的聚酰亚胺-紫罗烯聚合物具有高透明度、合适的能级和不错的导电性。其中，较高的PMD含量赋予PMD-PD更好的金属功函数修饰能力、电学性能和结晶度，使PMD-PD作为CIL材料具有优异的厚度不敏感特性，同时依旧保持了出色的透明性（图1）。

PMD-PD在8-65 nm膜厚范围内均可实现高效的OSC，其中最佳工作厚度为30 nm。且PMD-PD表现出了优异的普适性，基于PM6：L8-BO：BTP-eC9体系的器件分别在银（Ag）电极和铜（Cu）电极实现了19.91%和19.29%的能量转化效率（PCE）。进一步构建基于PMD-PD的半透明光伏器件（ST-OSCs）。与裸银电池器件相比，含有PMD-PD界面层的ST-OSCs具有显着增强的PCE（从9.32%到14.57%），而平均可见光透射率（AVT）不受影响，导致光利用效率（LUE = PCE ´ AVT）从1.60%提高到2.49%（图2）。通过进一步缩减电极厚度以及更换具有更高光透射率的Cu阴极，最终ST-OSCs实现了4.04%的LUE。

图2. 不透明电池及半透明电池器件性能 

  该工作以“Transparent and Conductive Polyimide-Ionene Hybrid Interlayers for High Performance and Cost-Effective Semitransparent Organic Solar Cells”为题发表于《Advanced Materials》上，第一作者为北京化工大学高精尖中心博士生游祖豪，通讯作者为化学学院刘文旭副教授和软物质高精尖中心刘瑶教授。本研究得到了国家自然科学基金项目的资助。

文章信息：

Zuhao You, Junjie Wen, Wenxu Liu, Zachary Fink, Xuefei Wu, Hong-Gyu Seong, Yuxing Wang, Lei Zhang, Xu Wang, Thomas P. Russell, Yao Liu. Transparent and Conductive Polyimide-Ionene Hybrid Interlayers for High Performance and Cost-Effective Semitransparent Organic Solar Cells. Adv. Mater. 2025, 2500450.

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202500450