界面工程是有效提高有机太阳能电池性能的方法之一。南方科技大学何凤、夏海平和厦门大学谭元植等课题组合作报道了一系列包含金属-纳米石墨烯的dπ-pπ 共轭体系，通过金属卡拜与碳-碳三键的加成反应，把纳米石墨烯和碳龙配合物耦合，得到一类金属d轨道参与π共轭的全新大π共轭体系。并且通过对共轭延伸的设计，对这类界面分子进一步优化，最终获得可用作醇溶性阴极界面层材料，且有效提高有机太阳能电池效率超过18%的成果。
通过 X 射线晶体学分析，作者研究了在界面分子单晶中的分子排列形态以及分子间作用方式；以及通过理论计算、界面与活性层之间的接触、界面层对活性层形貌的引导和载流子动力学研究表明，这类界面分子主要是由于强且有序的电荷转移、更匹配的能级排列、活性层和电极之间更好的界面接触以及受调节后形成的更合适的活性层形貌，极大地促进了载流子的传输，同时阻挡了载流子的复合，最终有效提高了有机太阳能电池性能。
Figure 1. (a) The single crystal X-ray structure for the cation of HBC-S’ (ellipsoids are at the 30% probability level, phenyl groups in PPh3 are omitted for clarity); (b) Molecular interactions between bimolecules of HBC-S (c) The view of molecular packing among HBC-S molecules from b axis (d)The 3D view of molecular packing among HBC-S molecules from d axis.
并且，界面层的作用在多体系中也获得了广泛的应用性，在维持太阳能电池稳定性中，也表现出一定的储存和光稳定性，这意味着这一类新型的纳米石墨烯-碳龙配合物有望作为具有巨大潜力的阴极界面层材料，推动有机太阳能电池的进一步发展。
该工作由南方科技大学博士生刘龙珠和厦门大学博士生陈仕焰共同完成。该工作得到了国家自然科学基金，广东省催化化学重点实验室等项目资助。
Nanographene–Osmapentalyne Complexes as a Cathode Interlayer in Organic Solar Cells Enhance Efficiency over 18%
Longzhu Liu, Shiyan Chen, Yangyang Qu, Xiang Gao, Liang Han, Zhiwei Lin, Liulin Yang, Wei Wang, Nan Zheng, Yongye Liang, Yuanzhi Tan, Haiping Xia, Feng He
Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202101279
https://www.x-mol.com/university/faculty/167552
https://www.x-mol.com/university/faculty/242394
https://www.x-mol.com/university/faculty/64070
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