共轭聚电解质掺杂优化ZnO电子传输层缺陷钝化策略提升有机太阳能电池效率

本文创新性地采用萘二酰亚胺基共轭聚电解质（CPEs）掺杂ZnO电子传输层（ETL），通过阴离子-锌相互作用减少陷阱态，将非富勒烯倒置型有机太阳能电池（iOSCs）的光电转换效率（PCE）从15.9%提升至17.0%。研究揭示了CPEs掺杂可同步改善电荷传输（增强电导率）、调控光电场分布（光学模拟证实）及优化界面兼容性，为ETL工程提供了新思路。

　　

研究亮点

基于萘二酰亚胺的共轭聚电解质（PFN-NDI-Br和PFN-NDI-I）被开发为"功能化掺杂剂"，通过直接掺入氧化锌（ZnO）晶格实现三重优化：1）CPE阴离子与锌空位结合显著降低陷阱态密度；2）电导率提升使器件获得16.3%（Br掺杂）和17.0%（I掺杂）的PCE；3）光学模拟显示掺杂使光电场向活性层偏移，突破传统界面层修饰的局限性。

材料合成与表征

如方案S1所示合成的中性聚合物（PFN-NDI）分子量为13.4 kDa（分散指数1.15），热分解温度（T_d）>200°C。紫外光谱显示CPEs在300-500 nm有强吸收，而电化学测试表明其最低未占分子轨道（LUMO）能级与ZnO匹配（-4.3 eV），这为电子注入提供了理想能级梯度。

结论

本研究开创性地将CPEs作为ZnO ETL的体相掺杂剂而非传统界面层，通过阴离子-金属相互作用实现缺陷钝化，使非富勒烯iOSCs的PCE绝对值提升1.1%。该策略成功规避了平面结构非富勒烯受体（NFAs）与界面层的复杂相互作用问题，为高性能有机光伏器件的传输层设计提供了新范式。