摘要：有机太阳能电池（OSC）在柔性/可穿戴电子产品、室内光伏等领域显示出巨大的应用潜力，单结OSC的效率已超过19%，使OSC的商业化前景更加光明。大面积印刷制造是OSC商业化的关键途径，而大面积印刷制造迫切需要溶液加工的厚度不敏感阴极界面层（CIL）。阴极界面材
第一作者：蔡平
通讯作者：蔡平, 王剑斌, 薛启帆
单位：桂林电子科技大学，华南理工大学等
【研究背景】
有机太阳能电池（OSC）在柔性/可穿戴电子产品、室内光伏等领域显示出巨大的应用潜力，单结OSC的效率已超过19%，使OSC的商业化前景更加光明。大面积印刷制造是OSC商业化的关键途径，而大面积印刷制造迫切需要溶液加工的厚度不敏感阴极界面层（CIL）。阴极界面材料（CIM）的高电子迁移率对于实现厚度不敏感CIL至关重要。N型自掺特性可赋予有机CIM高电子迁移率。不同类型的n型自掺CIM在正置OSC和倒置OSC中表现出不同的适用性。外部n型掺杂剂可以进一步提高杂化共混物的电子迁移率。特别是，掺有有机染料的ZnO可以在倒置OSC中实现优异的光电导性。本综述重点关注用于高性能OSC的溶液加工型厚度不敏感CIL。在正置OSC中，总结了作为厚度不敏感CIL的n型自掺小分子和聚合物以及外部n型掺杂的混合物。在倒置OSC中，总结了n型自掺小分子电解质和聚电解质、基于PEI/PEIE的聚电解质以及外部n型掺杂的混合物（包括有机-有机和ZnO-有机），用于厚度不敏感CIL。强调了CIL的特定功能与CIM的化学结构之间的关系。最后，对溶液加工的厚度不敏感CIL进行了总结和展望。
【文章简介】
文章综述了用于高性能OSCs的厚度不敏感的CILs，特别是溶液加工的CILs。重点介绍了不同类型的n型自掺杂小分子和聚合物，以及外部n型掺杂的混合物在正置和倒置OSCs中的应用。
图1. a) OSCs的正置结构和倒置结构。b) OSCs商业化的主要研究领域和关键因素，以及由国家可再生能源实验室（NREL）记录的最佳研究电池效率。c) OSCs的大面积印刷技术。c) 经许可转载。[18] 版权2021，Springer Nature。1d) 大面积印刷条件下薄膜厚度大变化的示意图。
【主要内容】
文章详细讨论了CILs在OSCs中的功能和作用，包括改善能级对齐和电子提取、确定器件极性和增加电子传输、增强光吸收和提高器件稳定性。还总结了不同类型的CIMs的化学结构及其在OSCs中的应用效果。
1. 有机太阳能电池中阴极界面层的功能和作用
改善能级匹配和电子提取：阴极界面层（CILs）有助于对齐电极和活性层之间的能级，减少能量障碍，增强电子传输和提取，从而提高器件效率和稳定性。
确定器件极性和增加电子传输：CILs通过其位置和能级确定器件的极性，促进高效的电荷传输并减少接触电阻。
增强光吸收：CILs作为光学间隔层，调节器件内的光场，确保活性层最大限度地吸收光子，从而增加短路电流密度。
提高器件稳定性：CILs抑制金属原子从阴极扩散，防止水和氧气侵蚀，并增强抗紫外线能力，从而提高器件的整体稳定性和寿命。
2. 正置有机太阳能电池中厚度不敏感的阴极界面层
图2. Chemical structures of PDI-/NDI-based n-type self-doped small molecules in conventional OSCs.
图3. Chemical structures of other n-type self-doped small molecules in conventional OSCs.
图4. Chemical structures of n-type self-doped polymers in conventional OSCs.
3. 倒置有机太阳能电池中的厚度不敏感阴极界面层
图5. Chemical structures of n-type self-doped electrolytes and PEI/PEIE-based polyelectrolytes in inverted OSCs.
图6. Chemical structures of partial organic materials for external n-doped hybrid blends (including organic–organic and ZnO-organic) in inverted OSCs.
【总结和展望】
最新进展：在开发溶液处理的厚度不敏感阴极界面层（CILs）方面取得了显著进展，这对于有机太阳能电池（OSCs）的商业化至关重要。挑战：在实现一致性能、与可扩展制造工艺的兼容性以及增强大面积OSCs的耐久性方面仍然存在挑战。未来方向：未来的研究应集中于提高CILs的电子迁移率和厚度容忍度，以及开发新材料和制造技术。Ping Cai, Can Song, Yating Du, Jianbin Wang, Jing Wang, Lixian Sun, Feng Gao, Qifan Xue, Recent Progress of Solution-Processed Thickness-Insensitive Cathode Interlayers for High-Performance Organic Solar Cells, Advanced Functional Materials, 2025, https://doi.org/10.1002/adfm.202422023
来源：科学新天地
