Angew. Chem.: 基于硒吩稠合的苝二酰亚胺阴极界面材料通过促进的电荷萃取实现19%效率的二元有机太阳能电池

有机太阳能电池因其具有质轻，柔性，可卷对卷制备等优点而备受关注。随着新材料的开发以及器件工艺的优化，单节有机太阳能电池的能量转换效率已经超过19%。由于有机太阳能电池典型的三明治结构（阳极/活性层/阴极），所以界面材料对于电荷从活性层提取到电极是非常关键的，目前对于简单有效的界面材料的研究是相对不足的。为此，国家纳米科学中心周二军团队设计并合成了基于硒吩稠合的苝二酰亚胺阴极界面材料，用于实现高效的二元有机太阳能电池。

通过密度泛函理论计算，硒吩稠合后的SePDI3具有更好的刚性和平面性。通过紫外吸收光谱，电子顺磁共振，电导率测试表明SePDI3具有更好的自掺杂特性和更高的电导率。通过紫外光电子能谱表明SePDI3也同时具有良好的电极功函修饰能力。各项分析都表明SePDI3具有作为有机太阳能电池阴极界面材料的潜力。

研究表明，SePDI3与PM6接触后可以产生光伏效应，进而在PM6/SePDI3界面处发生电荷转移。此外SePDI3的器件具有更大的内建电势和更小的传输电阻，这可以避免电子在界面处造成过度累积，加速电子转移。瞬态光电压/光电流测试也表明SePDI3器件具有更快的电荷提取和更低的电荷复合行为。

更重要的是，共轭骨架与Se原子之间的相互影响可以增强自旋轨道耦合，促进的隙间穿越，从而在SePDI3中形成活性氧，促进了SePDI3与L8-BO之间的化学相互作用，形成额外的电子传输通道，促进电子提取。另外KPFM结果同样表明SePDI3的引入有利于电子从活性层中提取出来。改善的电荷提取有利于帮助器件同时提高短路电流密度和填充因子。最终，以PM6:L8-BO为活性层，以SePDI3为阴极界面层的有机太阳能电池实现了19.04%的效率和81.65%的高填充因子。