ChemSusChem：低成本萘酰亚胺基小分子在有机太阳能电池界面中的应用

中国海洋大学孙明亮教授、代水星博士与合作者合成了一系列结构简单的含胺基侧链的酰亚胺小分子，并成功将其应用于有机太阳能电池界面层以促进器件中的电荷传输。

相对传统的硅基光伏技术，采用有机半导体材料制造的光伏组件能够实现轻薄化、柔性化和半透明化，其将可能应用于可穿戴设备、建筑光伏和新能源汽车等领域，这种新型有机半导体材料与器件为光伏技术带来了更多的应用场景。目前有机太阳能电池的光电转化效率（PCE）已经超过18%，但是高质量、低成本且易大面积涂覆的界面材料仍是实现商业化应用的关键环节之一。有机太阳能电池阴极界面材料必须有利于实现器件中有效电荷转移和各层材料能级匹配。同时为满足规模化应用要求，界面材料必须制备成本低，并且界面层在器件制备过程中对膜厚度要求并不苛刻。目前阴极界面材料有两大类：PDI/NDI基小分子和PFN基聚合物，然而以上两类材料都存在明显的缺陷，比如对薄膜厚度要求苛刻（5-10 nm）、合成和纯化步骤繁琐以及热稳定性稍差等。

针对以上问题，中国海洋大学材料科学与工程学院孙明亮教授、代水星博士与合作者通过在酰亚胺的苯环单元中引入不同的胺基侧链，设计并合成了一系列结构简单的酰亚胺小分子（NA、NAA和NEA），将其作为有机太阳能电池的阴极界面材料。研究表明，不同的取代侧链会影响酰亚胺分子的物理化学性质。与不含胺基侧链的NA相比，含3-二甲氨基丙胺和乙二胺侧链的NAA和NEA分子吸收光谱明显红移，带隙（E_g）减小且具备更高的最高占据分子轨道（HOMO）能级。在最优的器件参数下，NEA作为电子传输层的PM6:Y6基电池器件的功率转换效率达到了15.04%，同时具备高的开路电压（V_OC）和填充因子（FF），PM6:Y6:IT-M基三元器件的PCE达到了最高的15.80%，其中NEA具有最高的电子迁移率以及低电极功函，并且其作为器件的阴极界面材料对膜层厚度依赖性并不强。研究表明，这类结构简单的低成本酰亚胺小分子对于未来有机太阳能电池规模化发展具有良好的研究价值和应用潜力。

论文信息：

Aminonaphthalimide-Based Molecular Cathode Interlayers for As-Cast Organic Solar Cells

Yong Zhao, Yang Liu, Xiaojie Liu, Xiao Kang, Prof. Liangmin Yu, Prof. Shuixing Dai, Prof. Mingliang Sun

文章第一作者为中国海洋大学博士研究生赵勇。

ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202101383