上海大學王生浩&徐韜課題組最新Small：Nb2C MXene修飾復合空穴傳輸層實現效率超過19%的高性能有機太陽能電池

有機太陽能電池（OSCs）憑借其低成本、可溶液加工、柔性等優勢成為新能源研究領域的熱點。目前隨著非富勒烯受體的發展，單節OSCs的最高效率已經達到19%。除了發展新型有機光伏材料，優化OSCs的空穴傳輸層（HTL）也是提升器件性能的重要方法。Nb₂C MXene作為一種新型二維材料，憑借高導電率、高表面積在提升光伏器件性能方面表現出巨大潛力。上海大學王生浩&徐韜課題組提出了一種新型可溶液加工的PEDOT:PSS-Nb₂C復合HTL，系統闡釋了Nb₂C MXene提升OSCs器件性能的內在機理。電學、形貌、化學組成表征結果表明Nb₂C MXene可以提升PEDOT:PSS薄膜的導電性并促進相分離，從而提升活性層的空穴傳輸速率、電荷提取能力以及降低器件的界面電阻。此外，復合HTL被拓展應用于基于不同非富勒烯體系的器件中，證明了其在提升OSCs器件性能上的普適性。其中，基于三元活性層體系PM6:BTP-eC9:L8-BO的OSCs器件效率達到了19.3%，為目前應用二維材料的OSCs器件中的最高性能。

【圖文導讀】

圖1. （a）Nb₂C MXene的TEM圖.（b）Nb₂C MXene的高分辨率TEM圖。嵌圖為SAED選區電子衍射圖。?

圖2. （a）基于PEDOT:PSS-Nb₂C復合HTL的OSCs器件結構圖。（b） PM6，BTP-eC9，Y6 和L8-BO的化學結構式。（c）二元OSCs的J-V曲線。（d）二元OSCs的EQE曲線。（e）三元OSCs的PCE隨Nb₂C摻雜濃度的性能分布圖。（f）基于二維材料的單結OSCs性能比較圖。?

圖3. 基于PEDOT:PSS HTL和PEDOT:PSS-Nb₂C復合HTL器件的（a）P_diss-V_eff,，（b）J_SC?I, 和（c）V_OC?I 曲線， (d) SCLC 測試結果和（e）Nyquist 圖。（f） PEDOT:PSS HTL和PEDOT:PSS-Nb2C復合HTL的PL光譜。

圖4. （a）PEDOT:PSS HTL和（d）PEDOT:PSS-Nb₂C復合HTL的AFM圖。PM6:BTP-eC9分別旋涂在（b）PEDOT:PSS HTL和（e）PEDOT:PSS-Nb₂C復合HTL上的AFM圖。PM6:BTP-eC9分別旋涂在（c）PEDOT:PSS HTL和（f）PEDOT:PSS-Nb₂C復合HTL上的二維GIWAXS圖。? ? ?

圖5. （a）PEDOT:PSS HTL和（b）PEDOT:PSS-Nb₂C復合HTL的高分辨TEM 圖。（c）PEDOT:PSS HTL和（d）PEDOT:PSS-Nb₂C復合HTL的EDS分析。

圖6. PEDOT:PSS HTL和PEDOT:PSS-Nb₂C復合HTL的（a）拉曼光譜和（b） XPS (C 1s) 光譜。（c）PEDOT:PSS HTL的XPS (S 2p)光譜。（d） PEDOT:PSS-Nb₂C復合HTL的XPS (S 2p) 光譜。（e） Nb₂C促進PEDOT:PSS相分離的機理示意圖。

論文地址：Baozhong Deng, Hong Lian, Baotong Xue, Ruichen Song, Shi Chen, Zihan Wang, Tao Xu*, Hongliang Dong*, Shenghao Wang*. Niobium-Carbide MXene Modified Hybrid Hole Transport Layer Enabling High-Performance Organic Solar Cells Over 19%. SMALL，2023，DOI：10.1002/smll.202207505.