国家纳米科学中心周二军AFM：稠环萘二噻吩二酰亚胺（NDTI）阴极界面材料实现19%效率的二元有机太阳能电池

有机光伏电池具有成本低、质量轻、可溶液加工与可制备柔性器件等优势，引起了学术界和工业界的广泛关注。然而，获得厚度不敏感、电导率高、稳定性好的高效阴极界面材料极为困难，也是制约有机光伏电池发展的关键问题之一。相较于简单结构的阴极界面材料，D-A-D型阴极界面材料表现出不错的性能，但目前基于苝二酰亚胺（PDI）和萘二酰亚胺（NDI）的D-A-D型界面材料存在结晶性与成膜性不平衡的问题，限制了性能的进一步提升。

国家纳米科学中心周二军课题组前期利用稠环萘二噻吩二酰亚胺（NDTI）合成了一系列聚合物受体材料（ACS Macro Lett. 2014, 3, 872；Macromolecules 2017, 50, 3179；Sci. China Chem. 2019, 62, 1649。）。由于NDTI水平共轭的延长，使得分子具有较高的结晶性及较强的分子间电荷转移，取得了不错的光伏性能。然而，NDTI单元尚未被用于阴极界面材料。基于此，作者在本文中利用NDTI核研发了一种D-A-D型阴极界面材料，命名为NDTI1，同时合成了两种非稠环与线性共轭的萘酰亚胺材料（NDI1与NDI2）作为参照，来验证三种材料构效关系的内在规律。三种阴极界面材料均表现出良好的热稳定性、溶液加工性能和优良的金属电极修饰能力。与两种参照材料相比，NDTI1同时具有优异的成膜能力和较强的结晶度，并且NDTI1表现出强自掺杂效应和与非富勒烯受体的强分子间相互作用。

最终，基于NDTI1的二元有机太阳能电池使用PM6:Y6活性层实现了18.02%的能量转换效率，使用活性层PM6:L8-BO实现了19.01%的器件性能，这归因于改进的电荷提取与传输以及抑制的电荷复合。当界面膜厚度从7 nm增加到20 nm时，NDTI1保留了91%的最佳器件性能。此外，NDTI1同时具有良好的普适性和空气稳定性。

因为具有强的自掺杂行为，高效的电荷提取能力，优异的成膜性能，NDTI1有望成为一种“明星”阴极界面材料，并推动有机太阳能电池领域的快速发展。

该工作的第一作者为郑州大学和国家纳米科学中心联合培养博士生王宗涛，国家纳米科学中心王赫麟副研究员为共同第一作者，国家纳米科学中心周二军研究员为通讯作者。

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