南昌航空大学考研难吗，南昌航空大学考研难吗知乎
学生：李玉冰，张和惠等
通讯作者：周丹，胡林，谌烈
通讯单位：南昌航空大学
【全文速览】
以二酮基吡咯(DPP)为电子受体，三苯胺(TPA)为电子给体，季铵盐或咪唑盐为极性基团，合成了两种具有自掺杂效应的D(给体)-A(受体)-D型小分子共轭电解质电子传输材料DPPN2TPA和DPPM2TPA。令人印象深刻的是，缺电子基团DPP被胺基团和富电子基团TPA双掺杂，因此DPPN2TPA和DPPM2TPA表现出显著的分子内电荷转移(ICT)和明显的n型自掺杂性质。这些特性可以增加电子迁移率和改善稳定金属银的功函数(WF)，从而产生欧姆接触，从而显著提高光伏性能。DPPM2TPA比DPPN2TPA表现出更突出的光电性能，这是因为咪唑基团的叔胺产生了额外的界面偶极子。以DPPN2TPA和DPPM2TPA为ETM的PM6：Y6基非富勒烯有机太阳能电池(NOSCs)分别获得了15.93%和16.40%的优异功率转换效率(PCE)。明显优于采用经典ETM PDINO的NOSC(15.35%)。当DPPM2TPA薄膜厚度达到37 nm时，光电转换效率保持在14.64%(≈90%)，这表明DPPM2TPA具有良好的厚度不敏感性，可以用于大规模器件的制造。此外，DPPM2TPA具有明显的普适性，将DPPM2TPA ETM应用于PM6：BTP-eC9器件，获得了17.31%的显著PCE。这些结果证明了DPPM2TPA在工业化大规模制造中的潜力，并为探索高性能D-A-D SMCEs NOSCs提供了一条有效的途径。
【研究背景】
随着人类文明的不断进步，化石能源短缺和能源需求增加造成的环境污染已成为阻碍人类文化可持续发展的关键因素。因此，新能源的开发和利用受到了世界各国的关注。在所有可再生能源中，太阳能被认为是解决能源危机最有前途的能源之一。而非富勒烯有机太阳能电池因其生产成本低、重量轻、力学性能优良、易于大规模生产而受到学术界和市场的日益关注。此外，由于高性能受体的成功应用，如A-D-A型和A-DA D-A型非富勒烯受体的发明，如ITIC和Y6，NOSCs的性能得到了极大的提高。利用这些NFA，NOSCs在单结器件中的功率转换效率达到了19%以上，串联器件的功率转换效率达到了20%以上，展示了NOSCs的实际应用前景
【图文导读】
图1 (a)D-A-D型结构设计原理示意图。(b)DPPN2TPA和DPPM2TPA的化学结构。(c)旋涂方法和NOSCs的结构示意图。(d)Y6、BTP-eC9和PM6的化学结构。
本文中设计并合成了两种以DPP为受体、TPA为给体、季铵盐或咪唑盐为极性支链的D-A-D型SMCEs，即DPPN2TPA和DPPM2TPA(图1a, b)。引入缺乏电子的DPP是为了提供n型核心，并具有自掺杂的电子吸收能力，从而提高分子内电荷转移。同时，双酚A给体单元的引入可以扩大π共轭体系，调节光电性能。最重要的是，TPA核心可以合理地调节DPP核心的能隙和能级。此外，还加入了季铵盐和咪唑盐两种不同的胺基离子侧链来调节掺杂效率。由于TPA和极性侧基的存在，DPPN2TPA和DPPM2TPA可以很容易地溶于各种极性溶剂中。得益于n型D-A-D共轭核和胺基离子侧链的ICT，获得了明显的n型自掺杂。相关活性层及器件结构如图1c, d。
图2.(a)Ag、Ag/DPPN2TPA和Ag/DPPM2TPA的UPS谱。(b)开尔文探针示意图。(c)DPPN2TPA、DPPM2TPA和DPPMBR的EPR谱。(d)相应能级图。
在图2a中，使用紫外光电子能谱(UPS)测量来进一步确定薄膜的EHOMO和WF的改性能力。为了系统地揭示WF的调制能力，用开尔文探针显微镜(KPM)研究了Ag/DPPN2TPA和1Ag/DPPM2TPA的WF值，如图2b所示。证明了DPPN2TPA和DPPM2TPA的插入可以在阴极界面形成明显的界面偶极子，改善银的WF，从而最小化界面能垒并提高电荷提取/注入能力。更重要的是，中性胺单元中的孤对电子将转移到阴极，DPPM2TPA产生的较低的WF可能与咪唑盐中叔胺氮原子提供的额外孤对电子有关。如图2c所示，与没有D-A-D结构的DPPMBr形成鲜明对比的是，具有D-A-D结构的DPPM2TPA的电子顺磁共振(EPR)信号更明显，表明在D-A-D单元中从DPP到TPA的ICT可以增强自掺杂效应。此外，DPPN2TPA和DPPM2TPA都具有明显的自掺杂行为。Ag/DPPN2TPA和Ag/DPPM2TPA的还原WF非常接近非富勒烯受体(例如Y6和BTP-eC9)的LUMO，这对于实现活性层与金属电极之间的欧姆接触是必不可少的(图2d)。
图3 (a，b)具有不同ETM的PM6：Y6基器件的J-V特性曲线和相应的EQE谱。(c，d)具有不同ETM的PM6：BTP-eC9器件的J-V特性曲线和相应的EQE谱。(e)多种厚度的DPPM2TPA下的J-V特性曲线。(f)具有不同ETM的PM6：Y6基器件的暗电流。
为了评估D-A-D型ETMS对器件的界面修饰能力，制备了一系列结构为ITO/PEDOT：PSS/Active Layer/ETMS/Ag的常规NOSCs器件。如图3a所示DPPN2TPA和DPPM2TPA的光电转换效率分别为15.93%和16.40%，相比于典型的ETM PDINO，PCE值的增加源于FF和JSC的有效增强。值得注意的是，基于DPPN2TPA和DPPM2TPA的器件可以显著降低银阴极的WF，从而有利于形成欧姆接触，提高器件的内建电场。优越的内建电场有利于电荷提取，从而抑制了电荷复合损耗。此外，我们还制备了以PM6：BTP-eC9为活性层的器件，以评价DPPM2TPA的普适性。如图3c所示。在图3e中记录了不同厚度的DPPM2TPA ETM的J-V曲线和相关的光伏参数。当膜厚增加到37 nm时，PCE可以保持最优PCE的近90%(14.64%)。这些数据表明，DPPM2TPA具有优异的膜厚公差，有利于大面积NOSCs的制备。相应的外量子效率(EQE)曲线分别如图3b和图d所示。如曲线所示，带有DPPM2TPA的基于PM6：Y6的器件比DPPN2TPA和PDINO表现出明显的光电流响应，同样，在基于PM6：BTP-eC9的设备中，配备DPPM2TPA ETM的设备也比无ETM的设备具有更好的光电流响应。如图3f所示，与基于PDINO的器件相比，暗状态下具有DPPN2TPA和DPPM2TPA的器件显示出略大的整流比和较低的泄漏电流，表明插入D-A-D型ETMS可以显著抑制泄漏电流。
【总结与展望】
本工作设计合成了两种D-A-D型SCME(DPPN2TPA和DPPM2TPA)，其中DPP为电子受体部分，TPA为电子供体部分，季铵盐或咪唑盐为极性侧链。令人印象深刻的是，DPPN2TPA和DPPM2TPA是由富电子基团TPA和胺基离子基团双掺杂，并表现出突出的ICT，具有令人印象深刻的n型自掺杂。这些性质使得D-A-D型SCME DPPN2TPA和DPPM2TPA可以很好地调制空气稳定电极Ag的WF，并在界面形成欧姆接触，从而促进电荷的提取和传输。与含季铵盐的DPPN2TPA相比，含咪唑盐的DPPM2TPA表现出更合适的能级、更好的WF调制能力和更好的导电性，这是由于DPPM2TPA中咪唑单元的叔胺额外的自掺杂所致。值得注意的是，使用DPPN2TPA和DPPM2TPA作为ETM的基于PM6：Y6的NOSCs获得了15.93%和16.40%的PCEs，这是使用PM6：Y6(PDINO~15.35%)的NOSCs中性能最高的之一。可喜的是，DPPM2TPA ETM可以在相当大的厚度变化范围内(6 nm~37 nm)有效工作，PCE保持在14.64%(≈90%)，这表明DPPM2TPA ETM具有良好的厚度不敏感度，具有在大规模NOSCS中应用的巨大潜力。此外，使用DPPM2TPA ETM在PM6：BTP-eC9基NOSCs中实现了17.31%的PCE，表明DPPM2TPA具有普适性。这项工作表明，自掺杂D-A-D型ETM为探索高性能的NOSCs提供了一种简便的方法。
【通讯作者简介】
周丹，是从国家杰青陈义旺教授及谌烈教授，现任南昌航空大学材料化学专业系主任，美国华盛顿州立大学访问学者，江西省杰出青年人才，江西省青年主要学科学术和技术带头人。承担材料化学文献检索、材料化学专业实验、材料化学综合实验、高分子化学和有机太阳能电池等课程教学工作，长期致力于有机太阳能电池器件制备及界面工程，环境与能源功能材料和有机热电材料的合成及性能研究，并取得了一系列突破性成果。以第一作者或通讯作者在Macromolecules, Science China Chemistry,Chemical Communications, Journal of Materials Chemistry A和ACS Applied Materials & Interfaces等国际权威期刊发表学术论文40余篇，相关研究成果被美国化学会每周新闻“Noteworthy Chemistry”重点点评，入选Journal of Materials Chemistry A HOT Papers，申请发明专利10余项，授权9项，目前主持国家自然科学基金3项、国家公派留学访问学者项目（面上项目）1项、江西省杰出青年科学基金1项、江西省青年主要学科学术和技术带头人1项、江西省重点研发项目1项、江西省自然科学基金青年基金1项和江西省教育厅项目1项，研究成果以第一完成人获中国发明协会创业成果奖一等奖1项和中国发明创业创新奖二等奖1项，以第三完成人获中国发明协会创业成果奖二等奖1项。入选2018年“南昌航空大学青年英才开发计划”，2019年“南昌航空大学青年井冈学者培育奖励计划”，2018年江西省优秀博士学位论文。
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