Energy Technology:弱n型掺杂的新阴极修饰层提升有机太阳能电池性能

    有机太阳能电池具有质量轻、柔性、半透明等特点,经过三十余年的发展效率已达到18%,与多晶硅太阳能电池的商用水平相当。因此,实现具有成本优势的商业化已成为有机太阳能电池未来的发展重心。

有机太阳能电池主要由活性层、阳极修饰层和阴极修饰层组成。在保证功能的前提下,尽可能降低这三层薄膜的生产成本是实现有机太阳能电池商业化的关键。阳极修饰层材料可选用PEDOT:PSS,这是一种性能优异且已商业化的导电高分子。相比之下,阴极修饰层材料目前存在较大的问题,它们或含有铵盐基团,其对离子扩散加快器件衰减,或为胺类化合物,其氨基分解氰基茚酮类非富勒烯受体,或电导率低,膜厚依赖性大。与高分子阴极修饰材料相比,小分子阴极修饰材料易合成、重复性好、结构可控,但成膜性较差、电导率低。因此,为了实现小分子阴极修饰材料在有机光伏技术中的应用,应引入高分子材料改善其力学和电学性能。

河北工业大学化工学院秦大山课题组与北京大学材料学院占肖卫课题组合作,采用物理共混的方式构筑了一种新型弱n型掺杂的阴极修饰层——PDINO:PEIE,其中:PDINO为一种苝二酰亚胺衍生物(母体),PEIE为聚乙氧基乙烯亚胺(n型掺杂剂)。研究发现,相对于PDINO,PDINO:PEIE具有增强的电子传输能力,这是因为PEIE侧链上的氨基对PDINO具有一定的弱n型掺杂作用;PDINO:PEIE成膜性优于PDINO,起到了平滑活性层的作用,从而减少了激子生成区中的陷阱辅助复合,提高了器件效率。采用PDINO:PEIE作为阴极修饰层,器件效率优于常规的阴极修饰层PDINO、PFN-Br和PNDIT-F3N,且器件稳定性基本相当。

研究者们认为,由阴极修饰小分子母体和弱聚合物n型掺杂剂组成的共混薄膜具有电导率高、成膜性好、复合损失小、无对离子迁移和稳定性好的优点,是一种具有成本优势的新型阴极修饰层。

论文信息:

A Novel, Weakly N-Doped Cathode-Modifying Layer in Organic Solar Cells

Chunxin Chen, Peiyao Xue, Heng Lu, Jiayu Wang, Boyu Jia, Yawen Li, Dashan Qin*, Yuze Lin, Xiaowei Zhan*

Energy Technology

DOI: 10.1002/ente.202100281

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ente.202100281