浙江大学AEM: 有机太阳能电池突破20.37%,自组装空穴层展现强普适性

自组装分子因其能精细调控界面能级并提升电荷选择性，已成为有机太阳能电池中传统空穴传输层的有前景替代材料。

本研究浙江大学李水兴、李寒莹和陈红征等人报道了一种螺环构型的自组装分子4PA-SAcF，作为高性能空穴传输层应用于有机太阳能电池。与非螺环类似物4PA-DMAC相比，4PA-SAcF具有更大的偶极矩、更深的HOMO能级和更高的电导率。更重要的是，其螺环骨架促进了更强的分子间相互作用和有序的分子堆积，单晶X射线衍射结果证实了这一点。这些特性形成了致密均匀的界面层，降低了缺陷密度并提升了空穴提取效率。基于PM6:Y6的有机太阳能电池采用4PA-SAcF后实现了19.52%的光电转换效率，是该材料体系迄今报道的最高值之一。此外，4PA-SAcF在不同非富勒烯体系中均表现出优异的普适性，在D18:L8-BO二元体系中效率达19.90%，在四元体系中进一步提升至20.37%。这些结果证实了4PA-SAcF作为一种多功能界面材料的广泛适用性和高性能。

本研究凸显了螺环构型有机半导体作为下一代自组装分子基空穴传输层的潜力，并为推动高效有机太阳能电池提供了合理的分子设计策略。

文章亮点：

螺环分子结构优势：设计合成螺环构型自组装分子4PA-SAcF，具有更大偶极矩、更深HOMO能级和更强界面吸附能力，显著提升空穴提取与传输性能。

效率突破与普适性：在PM6:Y6体系中实现19.52%的高效率，并在多种非富勒烯体系中普遍适用，最高效率达20.37%，展现出优异的材料通用性。

界面与结晶优化：通过单晶结构分析揭示其紧密有序的分子堆积与三维超分子网络，有效降低界面缺陷，提升器件填充因子和稳定性。

C. Zhu, T. Chen, S. Guan, et al. “ A Spiro-Configured Self-Assembled Molecule as Hole Transport Material for Organic Solar Cells Featuring High-Efficiency and Universality.” Adv. Energy Mater. : e04541.