氢键赋能的碳点基网络用于具有优异光电-机械-防潮稳定性的高效倒置有机太阳能电池

《Nature Communications》：Hydrogen Bond-Enabled Carbon Dot-Based Network for Efficient Inverted Organic Solar Cells with Prolonged Photoelectrical-Mechanical-Moist Stability

　　

摘要

实现长期运行稳定性是推动高性能有机太阳能电池（OSCs）走向商业化的关键。设计一种具有最优电学、物理和化学兼容性的电荷传输层是一项至关重要的策略。在此，我们通过强氢键在共轭聚合物中引入原位氟化碳量子点（FCDs），构建结晶性增强的FCD网络（^netFCD），展示了一种电子传输层（ETL）。独特的是，基于^netFCD的电子传输层能够与全面（阴极和活性层）界面实现非常强的电学和力学接触。^netFCD降低后的碱性特征避免了与非富勒烯受体之间意外的界面反应。同时，基于^netFCD的电子传输层可实现无界面势垒器件，兼具高电子迁移率和空穴阻挡能力。利用具有上述独特特性的^netFCD作为"一体化"电子传输层，倒置型有机太阳能电池（i-OSCs）实现了20.01%的光伏转换效率（PCE）（认证PCE：19.78%）。在80 ± 5%湿度条件下连续运行1800小时后，OSCs仍保持初始PCE的85%；而柔性i-OSCs在经历10,000次弯折循环后，仍保持了初始PCE的95%，从而推进了不同结构OSCs在运行（即光电）、机械和环境稳定性方面的表现。本研究不仅有助于开发可行的体相至界面缓冲层设计，也为推广低成本、绿色材料提供了思路，以推动OSCs作为可持续、绿色能源的发展。