华南理工大学黄飞教授: n-型自掺杂小分子界面材料用于高效有机太阳电池
有机太阳电池由于具有质轻，柔性，可低成本溶液加工大面积器件等优点受到了广泛的关注。有机太阳电池的界面调控对于其性能至关重要。在有机太阳电池器件的活性层与电极之间加入一层界面材料可以显著提高有机太阳电池的性能。水醇溶共轭聚合物/小分子是一类高性能的界面材料，其可采用环境友好型溶剂（水或醇类）加工。由于大多数有机半导体的加工溶剂（氯仿，氯苯，甲苯等）为非极性溶剂，水醇溶共轭聚合物/小分子可以有效避免加工过程对其它层材料的侵蚀，从而有利于制备多层器件。另外，水醇溶共轭聚合物/小分子还可以改善电池器件中活性层与电极的接触，提高电荷传输和收集效率。n型水醇溶共轭聚合物/小分子由于具有更深的电子能级和较高的电子迁移率而表现出更好的电荷传输与收集性能。除此之外，通过对n型水醇溶共轭聚合物/小分子进行掺杂也是提高其性能的一种重要方法。
华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室黄飞教授课题组在有机太阳电池界面材料的设计、合成与性能等方面进行了深入研究，不仅开发了一系列的高效水醇溶界面材料，并且采用其制备了高效的有机太阳电池。近日，该课题组采用萘酰亚胺(NDI)和苝酰亚胺(PDI)单元通过Sonogashira偶联反应合成了两种具有良好平面性的n型水醇溶小分子(NFN和PFP)。其侧链的叔胺基团可以对n型的主链共轭结构进行有效掺杂。NFN和PFP可以作为性能优良的阴极界面材料应用于有机太阳电池中。当以PTB7-Th:PC71BM作为活性层，NFN和PFP的厚度为5nm时，相应的有机太阳电池器件效率高达8.59%和9.80%。值得一提的是，具有更高迁移率的PFP可以作为厚膜加工的界面材料，当其厚度达到60nm时，有机太阳电池的器件效率仍然可以维持在6.79%。
该工作不仅开发了新型的高效水醇溶界面材料，同时也表明高迁移率的水/醇溶共轭小分子界面材料可以在未来卷对卷印刷的大面积有机太阳电池方面具有应用前景，也为设计开发用于有机太阳电池的高效界面材料提供了一定的参考意义。相关文章发表在Science China Chemistry。Jinju Liu et al. Self-doped n-type small molecular electron transport materials for high-performance organic solar cells. Sci China Chem. 2017, 60: 1136-1144, doi: 10.1007//s11426-017-9057-1
论文链接：
http://219.238.6.215/publisher/scp/journal/SCC/60/8/10.1007/s11426-017-9057-1?slug=full%20text
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