南开大学刘永胜&陈永胜最新JACS：自组装单层双膦酸分子的偶极矩调节使有机太阳能电池效率超过19.7%

PEDOT:PSS已广泛用作有机太阳能电池中的空穴提取层。然而，随着时间的推移，它们的酸性性质可能会腐蚀ITO电极，从而对有机太阳能电池的寿命产生不利影响。鉴于此，2024年5月8日南开大学刘永胜&陈永胜于JACS刊发组装单层双膦酸分子的偶极矩调节使有机太阳能电池效率超过19.7%的研究成果，开发了一类具有可调偶极矩的自组装单层（SAM）双膦酸分子，即3-BPIC(i)、3-BPIC和3-BPIC-F，它们按顺序表现出不断增加的偶极矩。与中心对称3-BPIC(i)相比，轴对称3-BPIC和3-BPIC-F对ITO表现出更高的吸附能(Eads)、更短的界面间距、更均匀的ITO表面覆盖以及与有源层更好的界面相容性。由于氟原子的掺入，与3-BPIC 相比，3-BPIC-F表现出更深的最高占据分子轨道(HOMO)能级和更大的偶极矩，从而导致ITO/3-BPIC-F基底的功函数(WF)增大。3-BPIC-F的这些优点不仅可以改善器件内的空穴提取，还可以降低界面阻抗并减少界面处的非辐射复合。结果，使用基于3-BPIC-F的SAM的有机太阳能电池获得了19.71%的创纪录高效率，高于基于3-BPIC(i) (13.54%)和3-BPIC ( 19.34%）。重要的是，与使用PEDOT:PSS作为空穴提取层的有机太阳能电池相比，基于3-BPIC-F的有机太阳能电池表现出显著增强的稳定性。该工作为SAM功能分子的未来设计提供了指导，以实现有机太阳能电池的更高性能。