兰州大学张浩力教授团队Angew：芘二酰亚胺结构阴极界面材料助力高效二元有机太阳能电池

有机太阳能电池因具有本征柔性、半透明性及可溶液加工性，展现出了良好的应用前景。作为有机太阳能电池的关键组成部分，界面层对有机太阳能电池的光伏性能和器件稳定性起到至关重要的作用。目前常见的阴极界面材料（cathode interfacial materials, CIMs）都可以在活性层与电极之间形成良好的接触并有效降低电极功函，但是其中的大多数存在吸收较弱或吸收范围与活性层重合过多的问题，使得界面材料难以起到拓宽太阳能电池器件吸光范围进而提升器件短路电流密度的作用。因此，开发与常见活性层光吸收互补的阴极界面材料十分重要。

近日，兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室张浩力教授（点击查看介绍）团队在Angew. Chem. Int. Ed.上发表论文，他们以4,5,9,10-芘二酰亚胺（4,5,9,10-PyDI）为核心结构，发展了含有叔胺、氧化叔胺和溴化季铵盐功能基团的高效阴极界面材料t-PyDIN，t-PyDINO和t-PyDINBr（结构见图1a）。该团队的前期工作（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 13031–13035; InfoMat. 2021, 3, 814–822.）表明4,5,9,10-PyDI具有介于苝二酰亚胺（PDI）和萘二酰亚胺（NDI）之间的π共轭体系，并表现出与PDI和NDI相当的电子迁移率，因此有望与常见活性层形成互补的吸收并保证阴极界面材料的电子传输性能。同时，该工作在化合物的2位及7位的引入了两个叔丁基以平衡界面材料的结晶度和成膜性。三种新型的醇溶性良好的自掺杂阴极界面材料（t-PyDIN、tPyDINO和t-PyDINBr）均表现出良好的电子提取能力，并且其主要光吸收范围为350 nm-500 nm，与目前常用的活性层材料可以形成良好的互补吸收，从而拓宽了器件的吸收范围，并提升了器件的光电流。其中，基于t-PyDIN的二元太阳能电池器件效率可以达到18.25%，该结果是迄今为止二元器件的最高效率之一。此外，t-PyDIN在基于富勒烯或非富勒烯受体的体异质结体系中显示出普遍适用性，以上结果说明4,5,9,10-芘二酰亚胺是具有竞争力的阴极界面材料基础结构。

图1.（a）经典的高效阴极界面材料化学结构，该工作发展的三种芘二酰亚胺类阴极界面材料的化学结构以及该工作所使用活性层材料的化学结构；（b）器件结构示意图；（c）经典的高效阴极界面材料与该工作中阴极界面材料t-PyDIN的薄膜吸收光谱；（d）该工作中阴极界面材料t-PyDIN、PM6和BTP-eC9的薄膜吸收光谱图及其在AM 1.5G光谱中的分布位置。

兰州大学化学化工学院博士研究生孙文静及硕士研究生王娅婷为论文共同第一作者，兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室张雅敏青年研究员和张浩力教授为通讯作者。兰州大学为论文第一完成单位，同时该工作得到了西安交通大学马伟教授的大力支持。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金及兰州大学基本科研业务费的资助支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

A Cathode Interface Layer Based on 4,5,9,10-Pyrene Diimide for Highly Efficient Binary Organic Solar Cells

Wen-Jing Sun^#, Ya-Ting Wang^#, Yamin Zhang*, Bing Sun, Ze-Qi Zhang, Ming-Jun Xiao, Xiang-Yang Li, Yong Huo, Qinglian Zhu, Jingming Xin, Wei Ma, and Hao-Li Zhang*

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202208383, DOI: 10.1002/anie.202208383

作者简介

张雅敏青年研究员主要研究方向为有机小分子太阳能电池材料与器件，在单、多结有机光伏材料创制与器件设计方面进行了一系列创新性工作，主持国家自然科学基金青年项目及中央高校基本科研业务费等项目。在Science，Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy Mater.等学术杂志上发表SCI论文30余篇，论文引用＞3000次。

张浩力教授主要研究方向为新型有机电子材料与光学材料的设计、合成与器件制备。在Sci. Adv.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.和Adv. Mater.等学术杂志上发表SCI论文250余篇，论文引用超过10000次，H因子52。先后有2篇论文入选“中国百篇最具影响国际学术论文”，多篇论文入选高被引论文。张浩力教授曾荣获亚洲化学会“Asian Rising Stars”、“甘肃省自然科学一等奖”、“中国侨界(创新人才)贡献奖”等奖项。先后获自然科学基金委杰出青年基金资助，入选科技部科技创新人才推进计划， “万人计划”科技创新领军人才等。现为J. Mater. Chem. C 副编辑，英国皇家化学会会士（FRSC），Chem. Soc. Rev.、《中国化学快报》、《物理化学》、《高等学校化学学报》等学术刊物编委，美国阿拉巴马大学兼职教授，享受国务院政府特殊津贴。

https://www.x-mol.com/university/faculty/11191