实验室多团队合作：有机界面层诱导多重自组装形貌实现倒置有机太阳能电池性能大幅提升

阴极界面材料对于光电器件至关重要，使得高功函的阴极成为可能，从而避免钙、钡等水氧极度敏感的金属。研发适合于在空气中大面积印刷的阴极界面材料，以及深入理解界面调控机制具有重要意义。

图1

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的何志才、朱旭辉、彭小彬教授合作，利用Phen-NaDPO（图1）的自组装特性，实现了高效率倒装有机光伏器件，深入揭示其界面修饰机制。

3-[6-（二苯基膦酰基）-2-萘基]-1,10-菲咯啉（Phen-NaDPO）是一类知名的阴极界面材料（谭婉怡、朱旭辉等，Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 6540）。相对于传统的菲咯啉衍生物 BCP（bathocuproine）和BPhen（bathophenanthroline），Phen-NaDPO的玻璃化转变温度达到    116 °C，HOMO/ LUMO能级分别为 -6.10/-2.74 eV。其溶于弱极性溶剂（例如甲苯）和强极性溶剂（例如异丙醇）。在活性层中引入Phen-NaDPO，利用Phen-NaDPO的自组装特性（即其兼具高表面能和强配位能力），一步法实现活性层和阴极界面层的印刷。相对于分步印刷活性层和Phen-NaDPO，一步法改善了活性层形貌，提升倒装有机光伏器件的效率（J. Mater. Chem. A, 2016, 4,5032）。另外，Phen-NaDPO有利于提升光伏器件的稳定性（Adv. Mater. Interfaces 2019, 6, 1900434；Adv.Funct. Mater. 2019, 29, 1905810；Mater. Today 2022, 55,46）。

何志才、朱旭辉、彭小彬教授合作，在高效率PM6:D18:L8-BO活性层体系中引入Phen-NaDPO，实现了18.87% PCE的自组装型倒装有机光伏器件（ITO/SnO2/PM6:D18:L8-BO:Phen-NaDPO/MoO3/Ag），是基于SnO2界面材料有机太阳电池的最高PCE之一，并且进一步提高了器件的稳定性。值得指出的是，通过TOF-SIMS 和薄膜深度依赖的吸收光谱（Film-depth-dependentlight absorption）等先进表征手段，揭示Phen-NaDPO的自组装过程诱导了活性层中受体分子的垂直相分离，从而提升有机光伏器件的光电转化效率。

另外，研究团队利用溶液法生长出Phen-NaDPO的单晶，并获得首例Phen-NaDPO的金属配合物单晶。X-射线单晶衍射结果有待发表。

相关研究成果以“Beyond Conventional Enhancements:Self-Organization of a Buffer Material on Tin Oxide as a Game-Changer forImproving the Performance of Inverted Organic Solar Cells”为题发表在Small上，本成果由实验室化学合成团队和器件物理团队通过深入合作取得，其中通讯作者依次为何志才、朱旭辉、彭小彬教授，第一作者为吴济发博士生。该研究工作得到了NSFC和科技部重点研发计划等科研项目的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202404066