南京大学郑庆东AFM哌嗪功能化芳二酰亚胺助力高效有机太阳能电池

摘要：在有机太阳能电池（OSC）中，电子传输层（ETL）材料通常设计为高极性基团，以降低阴极的功函数（WF）并确保溶剂的正交性。然而，与这些极性基团相关的表面能的增加会导致显著的吸湿性以及与活性层的界面接触不良，这给必须平衡器件效率和稳定性的层间工程带来了挑战。在此

在有机太阳能电池（OSC）中，电子传输层（ETL）材料通常设计为高极性基团，以降低阴极的功函数（WF）并确保溶剂的正交性。然而，与这些极性基团相关的表面能的增加会导致显著的吸湿性以及与活性层的界面接触不良，这给必须平衡器件效率和稳定性的层间工程带来了挑战。在此，我们开发了两种新型芳基二亚胺（PDI-P和NDI-P），其侧链的末端是哌嗪基团，而不是常用的胺基团。作为ETL，这些材料不仅具有出色的电子导电性，还能有效降低银阴极的WF。与胺功能化过二亚胺（PDI-N）相比，哌嗪功能化过二亚胺（PDI-P）具有更低的表面能和吸湿性，从而改善了与活性层的润湿性并降低了对湿气的敏感性。这些特性有助于增强界面接触和器件稳定性。PDI-P ETL与各种高性能电子受体材料兼容，在 ≈7至30 nm的宽厚度范围内实现了很高的效率，最高效率达19.8%。这些发现凸显了PDI-P作为ETL用于高效稳定OSC的巨大潜力。

图文简介

a) 哌嗪功能化PDI的设计原理和结构特征。b) PDI-N、NDI-P和PDI-P薄膜的归一化吸收光谱。c) 本研究中用于OSC的材料的能级图。

a ) PDI-N，NDI-P和PDI-P在Ag衬底上的UPS谱，显示动能区域(左)和价带区域(右)。b ) PDI-N，NDI-P和PDI-P在固态下的EPR谱。c ) PDI-N，NDI-P和PDI-P薄膜的N 1s信号的XPS谱。d )涂覆在平行银电极上的ETL薄膜的电流-电压( I-V )测量。