Solar RRL :基于三(8-羟基喹啉)铝为核心的厚膜不敏感有机小分子阴极界面材料

有机太阳能电池具有低成本、重量轻、可大规模溶液制备成柔性器件等突出优点,备受学术界和产业界的广泛关注。在有机太阳能电池中,虽然活性层材料非常关键,但是与之相应的界面修饰材料对于器件效率的进一步优化和提升也至关重要。近年来,随着非富勒烯太阳能电池的兴起和快速发展,设计适用于该类太阳能电池的阴极界面材料具有非常重要的意义。以前的文献工作表明,水/醇溶性阴极界面材料由于具有正交溶剂溶解性,适用于多层器件制备,其功函也可以通过分子设计进行精细调控,因而被广泛研究。然而,这类阴极界面材料通常具有较低的电子迁移率,从而导致其用于厚膜器件时,效率显著降低,这对以后有机太阳能电池卷对卷的工业化生产非常不利。

针对这一科学问题,四川大学化学学院彭强教授课题组近期利用具有高电子迁移率的三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)为核心,优化外围含有溴铵盐极性基团修饰的芴单元的数目,成功发展了一类兼备优良电子传输性能和界面修饰性能的膜厚不敏感星型有机小分子阴极界面材料(Alq3-F1、Alq3-F2、Alq3-F3)。该课题组通过深入的研究发现,随着臂单元中芴基团数目的增加会逐步提升材料的阴极界面修饰性能,但是界面材料的电子传输性能也会随之逐渐降低。在这一系列材料中,Alq3-F2有效平衡了电子传输性能和界面修饰性能之间的矛盾。当Alq3-F2作为界面层用于PTB7:PC71BM为活性层的富勒烯器件时,获得了10.15%的能量转换效率,而用于PBDTA-TF:IT-M为活性层的非富勒烯器件时,则获得了13.75%的更高的能量转换效率。这类材料同时具有很好的膜厚不敏感效应,在Alq3-F2界面层膜厚达到50纳米时,PTB7:PC71BM和PBDTA-TF:IT-M器件的效率仍然可以保持在8.52%和9.46%。该项工作表明,利用Alq3的电子传输优势可以成功构筑性能优异的厚膜不敏感有机阴极界面材料,而且在富勒烯器件和非富勒烯器件中都能获得了高性能。

相关工作发表Solar RRL (DOI: 10.1002/solr.201800182)上。

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