二元有机太阳能电池效率新纪录诞生

中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员领导的研究小组开发出两种具有大偶极矩的自组装分子（SAMs），并将其用作二元有机太阳能电池（OSCs）中的空穴传输层（HTLs），实现了高效稳定的二元有机太阳能电池，功率转换效率（PCE）达到创纪录的19.70%。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所(NIMTE)葛子义研究员领导的研究小组开发了两种具有大偶极矩的自组装分子(SAMs)，并将其用作二元有机太阳能电池(OSCs)中的空穴传输层(HTLs)，获得了高效稳定的二元有机太阳能电池(OSCs)，其功率转换效率(PCE)高达19.70%。

这项研究成果发表在《Angewandte ChemieAngewandte Chemie International Edition》期刊上。

二元有机太阳能电池（OSCs）由于具有重量轻、机械柔韧性好、半透明等优点，在有机电子器件领域备受关注。新材料的开发和制造工艺的优化使得OSCs的PCE快速提高，已超过19%。

PEDOT:PSS作为一种广泛应用于高效OSCs的空穴输运材料，由于其亲水性和强酸性，使得OSCs的稳定性相对较低。因此，在传统OSCs中实现效率和稳定性之间的平衡仍然具有挑战性。

为了解决这一问题，NIMTE的研究人员设计并合成了两种具有不对称骨架的SAM，即BrCz和BrBACz。基于众所周知的PM6:Y6、PM6:eC9、PM6:L8-BO和D18:eC9体系，这两种SAM在二元OSCs中分别作为空穴传输层（HTLs）。

与传统的PEDOT: pss控制的OSCs相比，BrCz-controlled和BrBACz-controlled的器件具有更高的透光率、更深的功函数和更低的表面能，从而增强了空穴提取，提高了空穴迁移率，降低了界面阻力，减少了载流子复合。

基于BrBACz的OSC获得了19.70%的PCE, JSC为29.20 mA cm-2, VOC为0.856 V，这是迄今为止报道的二元OSC的最高值。

当暴露于环境空气(40±5%湿度)和连续照明1036小时时，BrBACz-controlled器件可以保持高达95.0%的初始效率，这与传统OSC的最佳空气稳定性相同。

此外，BrBACz-controlled器件在其他著名的二元系统中也发挥了显著的作用，如PM6:Y6, PM6:L8-BO和D18:eC9，显示了其出色的通用性。

通过合理的分子结构设计，为高效稳定的OSCs的开发和应用提供了理论依据。

图1 具有较高PCE和稳定性的BrBACz-controlled二元OSCs(图像来自NIMTE)

审核编辑：黄飞