AdvSci通过缓解有机分子间不良化学

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1.前言[高性能柔性有机光伏]体异质结（BHJ）有机光伏（OPV）具有重量轻、可大面积制造、机械灵活性高等优点。与富勒烯受体相比，非富勒烯受体（NFA）具有许多优势，例如带隙可调、近红外区域吸收，优异结晶度和平面度可以改善活性层的形态。此外，在NFA中，所需的能量偏移量约等于0eV，能量损失显著降低。目前，基于NFA的OPV最高光电转换效率（PCE）达到了18.22%。然而，与刚性基底相比，柔性基底OPV的发展相对落后。非共轭聚合物电解质如聚乙烯亚胺（PEI）和聚乙氧基乙烯亚胺（PEIE）等具有良好的机械柔性和较低的加工温度，更适合用于柔性器件的制备。在基于富勒烯的OPV器件中，PEIE比其它共轭聚合物电解质和金属氧化物具有更优越的性能。然而，与富勒烯不同，NFA具有A-D-A型结构，用于产生分子内电荷传输和拓宽光吸收光谱。NFA分子很容易受到PEIE或PEI的富电子胺基的攻击，这些胺基作为亲核基团具有很强的给电子性，这种情况下，NFA分子内电荷传输很大可能会被延迟，严重时会被打断。此外，它还可能在BHJ中产生更多的陷阱态或电子无序，导致最终器件性能较差。因此，防止PEIE或PEI与NFA之间的反应是一个巨大的挑战。图1:新方法机理示意图与相关表征2.简介[PEIE与NFA之间的反应]为了克服上述问题，近日，韩国材料科学研究所DongChanLim、SoyeonKim等人提出在PEIE/活性层界面引入乙二硫醇（EDT），从而在不牺牲器件稳定性的同时减轻PEIE与NFA之间的反应。研究人员利用导电原子力显微镜（C-AFM）、吸收光谱和拉曼光谱对PEIE与NFA的反应机理进行了系统的研究。研究发现，PEIE与主要通过攻击NFA分子的C=O部分从而干扰其分子内电荷传输。C=O和双氰基的亲电基团可以影响PEIE中富电子胺基的电子供给，然而加入EDT小分子后，PEIE中孤对N原子与NFA分子之间的电子传递受到显著抑制。因此，与PEIE相比，具有EDT的PEIE表现出更低的功函数、更低的陷阱辅助复合和更高的电荷迁移率。图2:PEIE与PEIE-EDT的性质比较研究人员进一步将该种方法应用到基于PBDB-T:ITIC-M的OPV器件中。结果显示，利用PEIE-EDT处理的器件性能得到了显著提高，其PCE高达12.06%，远高于PEIE处理的器件（PCE仅为9.60%）。此外，PEIE-EDT处理的柔性器件的PCE为10.11%，优于PEIE处理柔性器件（PCE为7.20%）。器件性能的提高主要由于开路电压（VOC）和填充因子（FF）的提高。此外，PEIE-EDT处理的器件在连续光照下的机械和光致降解等主要稳定性问题也得到了改善。最后，研究人员验证了在不同体系中该方法的普遍适用性，以及室内光伏的相关应用。图3:不同导电材料处理的器件光伏性能比3.总结《AdvancedScience》总之，该工作为防止PEIE或PEI与NFA之间的反应提出了一个新的解决方法，同时也为制备高性能柔性OPV提供了新策略。相关研究成果现已发表在Wiley旗下期刊《AdvancedScience》上，题为“MitigatingtheUndesirableChemicalReactionbetweenOrganicMoleculesforHighlyEfficientFlexibleOrganicPhotovoltaics”。本文关键词：有机光伏，OPV，聚乙烯亚胺，聚乙氧基乙烯亚胺，乙二硫醇，电荷传输，能量损失。4.文中所涉及材料PM-83-7PBDB-T-80-4IEICO-4F-02-8ITIC-M-86-1文献直通车