电子传输层 (ETLs) 对于改善光伏器件的稳定性、实现高性能器件发挥着重要作用。聚合物电子传输层因成膜性好、制备简便而受到广泛关注。然而，具有p型共轭骨架的聚合物电子传输层大都具有较低的电子迁移率和导电性，器件的膜厚依赖性较为敏感。因此，探索新型、高效的ETLs材料对发展稳定高效的有机光伏是极其重要的。

  河南大学宋金生教授和南京邮电大学辛颢教授合作，利用NDI/IID/DPP的吸电子单元，通过交叉组合设计、合成了两种新型的A1-A2型聚合物电子传输层材料 (PIIDNDI-Br和PDPPNDI-Br)。聚合物的A1-A2型共轭骨架确保了材料良好的电荷传输性能和高的导电性。而IID和DPP单元的引入使材料产生了不同的自掺杂行为。通过A1-A2共聚设计电子传输层材料，对于设计厚度不敏感且高性能的光伏器件是一种有效的策略。该研究以Doped/undoped A1-A2 typed copolymers as ETLs for highly efficient organic solar cells为题发表在《Adv. Funct. Mater.》杂志上（DOI: 10.1002/adfm.202303603），本工作第一作者为杨丽思、申帅帅为共同一作。该工作得到湖南大学胡袁源教授、北京化工大学李韦伟教授、江西省科学院夏冬冬博士的大力合作和帮助。该研究同时得到了国家自然科学基金、河南省杰出青年基金、中原千人计划、河南省高校重点科研专项等项目的支持。

  具有p型共轭骨架的电子传输材料（如PFN-Br）大都表现较低的电子迁移率和导电性，且其器件对于厚度较为敏感，本论文提出“双受体”交替共聚合物的设计策略，将缺电子单元IID或DPP与NDI引入到聚合物共轭骨架中，借助简单的直接芳基化聚合策略合成了两种A1-alt-A2型共聚物PIIDNDI-Br和PDPPNDI-Br作为ETLs。它们均具有优异的醇溶性、合适的LUMO能级和金属功函数可调性。聚合物的A1-A2型共轭骨架确保了材料良好的电荷传输性能和高的导电性。然而，IID和DPP单元的引入产生了迥然不同的自掺杂行为，并在紫外-可见吸收光谱和ESR表征得到了印证，其中PDPPNDI-Br具有较强的n型自掺杂，具有较好的厚度不敏感性。因此，以PIIDNDI-Br和PDPPNDI-Br为ETLs，研究了PM6:Y6、PM6:L8-BO作为活性层的有机太阳能电池的光伏性能，基于PIIDNDI-Br和PDPPNDI-Br的有机光伏器件的PCE分别达到了18.32%和18.36%，且相应的光伏器件表现出良好的存储稳定性与光稳定性，其在连续光照（AM 1.5 G，100 mW cm^?2）120 h后仍保持初始PCE的80%以上，展现了良好的光稳定性。总之，本研究表明“双受体”策略在构筑高性能n-型电子传输层材料，获得厚度不敏感且高性能的光伏器件中展现了良好的应用潜力。

图1 PIIDNDI-Br和PDPPNDI-Br的合成路线

图2 光物理性质研究

聚合物 (a) PIIDNDI-Br和 (b) PDPPNDI-Br的紫外-可见吸收光谱：CF₃CH₂OH溶液和薄膜状态；(c) 固态下的ESR光谱；(d) 循环伏安曲线；(e) 紫外光电子能谱；(f) 能级分布图

图3 光伏器件的膜厚及稳定性研究

(a) 器件性能与ETLs厚度的关系和(b)器件的存储稳定性，器件结构为ITO/PEDOT:PSS/PM6:Y6/ETLs/Ag；(c) 基于PIIDNDI-Br和 (d) 基于PDPPNDI-Br的器件在连续AM 1.5 G照明 (100 mW/cm²) 下手套箱中的光稳定性，器件结构为ITO/PEDOT:PSS/PM6:L8-BO/ETLs/Ag。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202303603