作者：Jilei Jiang, Lijun Gao, Jinqi Hu, Lunxiu Cui, Hao Liu, Xu Zhang, Shucong Zhang, Ke Gao, Heqing Jiang, Minghua Huang, Shuixing Dai*

01 论文信息

论文信息

Jiang Jilei, Lijun Gao, Jinqi Hu, Lunxiu Cui, Hao Liu, Xu Zhang, Shucong Zhang et al. Effect of core on photovoltaic performance of naphthalimide interlayer materials[J].Green Carbon, 2025.

论文网址

https://doi.org/10.1016/j.greenca.2025.10.008

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Effect of core on photovoltaic performance of naphthalimide interlayer materials

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Green Carbon文章 | 核结构调控萘甲酰亚胺阴极界面材料的光伏性能

02 背景简介

有机太阳能电池 （OSCs） 因具有质量轻、柔性好和可溶液加工等优势，在新一代光伏技术领域受到广泛关注。界面层材料在器件中对能级匹配、界面接触以及电荷传输具有重要调控作用，因此开发高性能界面材料对提升器件效率与稳定性至关重要。萘甲酰亚胺分子由于具有优异的光热稳定性、可调控的分子结构，在有机光电材料领域得到了广泛研究。近年来，通过分子结构工程，对萘甲酰亚胺基材料进行功能化调控，不仅能够优化分子能级和电子传输能力，还能够调节分子堆积行为与界面形貌，因此萘甲酰亚胺被认为是构筑高效有机太阳能电池阴极界面材料的重要候选体系。

中国海洋大学代水星副教授于Green Carbon发表题为“Effect of core on photovoltaic performance of naphthalimide interlayer materials”研究论文。本工作设计并合成了三种具有不同核结构的萘甲酰亚胺阴极界面材料（N2FN、NEDOT和NDTP），系统研究了核结构对材料光电性质、分子堆积行为、界面形貌及器件光伏性能的影响。

03 文章简介

材料合成

以二甲胺侧链修饰的萘酰亚胺为臂单元，以3,4-双氟噻吩（DFT）、3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT）和4-（2-乙基己基）-4H-二噻吩并吡咯（DTP）为核，构建了三种结构对称的小分子阴极界面材料N2FN、NEDOT和NDTP。

图1. N2FN，NEDOT和NDTP的分子结构

分子特性

N2FN表现出强的分子间相互作用和更紧密的π–π堆积。相比之下，NEDOT和NDTP由于核结构具有较大的空间位阻，使分子间π堆积距离增大。AFM测试发现N2FN薄膜表面存在较高的粗糙度，而NEDOT和NDTP薄膜则呈现更加平整均匀的表面形貌。整体而言，通过调控核结构，可简便的调节分子间相互作用，进而影响材料的堆积行为和界面质量。

图2. N2FN，NEDOT和NDTP的高度图和XRD图

器件性能

在使用PM6: BTP-eC9作为活性吸光层制备的正向有机太阳能电池器件中，以NDTP作为阴极界面层的器件表现出最佳光伏性能，其能量转换效率达到18.5%，优于N2FN（15.3%）和NEDOT（17.8%）的器件。

图3. 基于N2FN、NEDOT和NDTP界面层的器件的J-V图和EQE图

总结与展望

本文通过合成了三种具有不同核结构的甲酰亚胺阴极界面材料，系统揭示了核结构对材料光电性质、分子堆积行为及器件性能的影响。实验发现，合理调控核结构的给电子能力以及空间位阻，可在保证良好电荷传输能力的同时优化薄膜形貌与界面接触，从而显著提升有机太阳能电池的光伏性能。

04 作者简介

代水星 副教授

代水星，中国海洋大学副教授，Green Carbon青年编委。致力于高性能有机光电转换材料的设计合成及在有机/钙钛矿太阳能电池上的应用。曾率先报道了一系列氟代茚酮（5,6-二氟代二氰基茚酮、4-一氟代二氰基茚酮、5/6-一氟代二氰基茚酮和5,6-二氟代茚酮；J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 1336），并广泛应用在高性能非富勒烯电子受体上。相关成果发表在Green Carbon、Sci. China Chem.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.等国内外期刊上。2篇论文入选“2017年度中国百篇最具影响国际学术论文”。曾获“2022年度教育部自然科学奖一等奖（5/5）”等。

05 Green Carbon

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