北化 许博为教授 Angew：非离子型苝-二亚胺聚合物作为常规、倒置和叶片包覆有机太阳能电池的通用阴极中间层

作为有机太阳能电池（OSC）中主要使用的一类阴极中间膜（CIL），苝-二亚胺（PDI）基聚合物具有出色的电荷传输能力和合适的能级，这些特性非常吸引人。尽管如此，具有令人满意的成膜能力和足够耐溶剂性的PDI基CIL仍然非常罕见，这不仅限制了有机太阳能电池性能的进一步提高，也阻碍了PDI基CIL的实际应用。在此，我们设计并合成了两种非共轭PDI聚合物，用于在各种类型的OSC中实现高功率转换效率（PCE）。利用低聚（乙二醇）（OEG）连接增强了PDI聚合物的n掺杂效应，从而提高了CIL降低功函数和改善电子传输能力。此外，非离子OEG链的引入还有效改善了PDI聚合物的润湿性和耐溶剂性，因此PPDINN CIL在制造不同的OSC（包括传统、倒置和叶片涂层器件）时可承受不同的加工条件。使用PPDINN CIL制成的具有传统结构的二元OSC的PCE为18.6%，同时器件的稳定性也得到了提高。此外，PPDINN与大面积叶片涂层技术兼容，在使用叶片涂层PPDINN的1 cm2OSC中实现了16.6%的PCE。

图文简介

( a ) PDI小分子和PDI聚合物作为CIL材料的优势；( b )非共轭PDI聚合物的设计策略。

( a ) PPDINN、PPDIN和PDINN的结构示意图；( b ) PPDINN、PPDIN、PDINN固体薄膜的紫外-可见光谱；( c ) PPDINN，PPDIN，PDINN的ESR谱图；( d )电导率测量的I-V特性；( e ) PPDINN、PPDIN、PDINN的CV曲线；( f )不同CIL能级的相对位置；( g ) PPDINN，PPDIN，PDINN的UPS谱图。

(a) 溶解在甲醇中的PPDINN在活性层界面上的接触角；(b) PPDINN和 (c) PDINN的原位紫外-可见吸收光谱随时间变化的等值线图；(d) PDINN和 (e) PPDINN纯薄膜的二维GIWAXS图；PPDINN、PDINN和PPDINN薄膜的面内线切图（f）和面外线切图（g）；(h) PDINN和 (i) PPDINN覆盖的ITO电极的原子力显微镜高度图像。

( a )本研究中制备的OSCs的结构；( b )使用PPDINN和PDINN的OSCs的J-V特性曲线；( c )活性层为PM6：ITIC，PM6：IT4F，Qx-TCl：PM6：eC9-2Cl，和PBDB-TF：L8BO的OSCs的PCE性能；( d ) OSCs的Mott-Schottky分析；( e ) OSCs的激子解离概率特性；( f ) OSC器件的VOC-光强关系；( G )基于Ppdinn和Ppdinn的Oscs的Photo-Celiv；( h )电荷-载流子寿命的表征；( i )基于PPDINN和PDINN的OSCs的阻抗谱Nyquist图

( a )使用PPDINN和PDINN的倒置OSCs的J-V特性曲线；( b )叶片涂层工艺示意图；( c ) ITO玻璃上旋涂和刮涂PPDINN的AFM高度图像；( D )透射光谱；( e ) 1 cm2OSC器件的光伏特性；( f )基于PPDINN的1 cm2 OSCs的阻抗谱Nyquist图；( g )基于PDINN和PDINN的器件在模拟太阳光( AM 1.5 G)下的归一化PCE值作为存储时间的函数。

论文信息

通讯作者： Bowei Xu