湾区氟苯取代苝二酰亚胺阴极界面层助力有机太阳能电池效率突破20%大关

来自全球的研究人员针对有机太阳能电池（OSCs）阴极界面层（CILs）性能优化问题，设计出两种新型氟苯取代苝二酰亚胺（PDI）基CIL材料PDINN-B2F和PDINN-B3F。该研究通过分子工程调控实现了20.36%的冠军效率，显著提升器件性能与稳定性，为高性能OSCs提供创新设计策略。

　　

通过理性分子工程设计，研究人员开发出两种新型湾区氟苯取代苝二酰亚胺（PDI）基阴极界面层（CILs）——PDINN-B2F和PDINN-B3F。PDI核心湾区位置的氟苯取代基有效抑制过度聚集，改善成膜能力，其强吸电子特性使前沿分子轨道能级下移，增强本征n型掺杂并优化能量排列。氟元素的高电负性强化了与活性层组分的界面相互作用，形成紧密接触界面和有序分子排列。这些协同效应共同促进界面处电子提取、传输与收集效率。在二元/三元活性层体系中，两种氟化CIL均展现优异性能：当采用2PACz作为空穴传输层时，基于PDINN-B2F和PDINN-B3F的非富勒烯OSCs分别实现19.56%和20.36%的卓越功率转换效率（PCE），显著优于PDINN基准器件（18.49%）在PM6:D18:L8-BO三元体系中的表现。氟化CIL还赋予器件优异的空气稳定性和运行稳定性，为高性能OSCs提供了极具前景的设计方案。