有机太阳能电池（OSCs）凭借其低成本、可溶液加工、柔性等优势成为新能源研究领域的热点。目前随着非富勒烯受体的发展，单节OSCs的最高效率已经达到19%。除了发展新型有机光伏材料，优化OSCs的空穴传输层（HTL）也是提升器件性能的重要方法。Nb₂C MXene作为一种新型二维材料，凭借高导电率、高表面积在提升光伏器件性能方面表现出巨大潜力。上海大学王生浩&徐韬课题组提出了一种新型可溶液加工的PEDOT:PSS-Nb₂C复合HTL，系统阐释了Nb₂C MXene提升OSCs器件性能的内在机理。电学、形貌、化学组成表征结果表明Nb₂C MXene可以提升PEDOT:PSS薄膜的导电性并促进相分离，从而提升活性层的空穴传输速率、电荷提取能力以及降低器件的界面电阻。此外，复合HTL被拓展应用于基于不同非富勒烯体系的器件中，证明了其在提升OSCs器件性能上的普适性。其中，基于三元活性层体系PM6:BTP-eC9:L8-BO的OSCs器件效率达到了19.3%，为目前应用二维材料的OSCs器件中的最高性能。

图1. （a）Nb₂C MXene的TEM图.（b）Nb₂C MXene的高分辨率TEM图。嵌图为SAED选区电子衍射图。 

图2. （a）基于PEDOT:PSS-Nb₂C复合HTL的OSCs器件结构图。（b） PM6，BTP-eC9，Y6 和L8-BO的化学结构式。（c）二元OSCs的J-V曲线。（d）二元OSCs的EQE曲线。（e）三元OSCs的PCE随Nb₂C掺杂浓度的性能分布图。（f）基于二维材料的单结OSCs性能比较图。 

图3. 基于PEDOT:PSS HTL和PEDOT:PSS-Nb₂C复合HTL器件的（a）P_diss-V_eff,，（b）J_SC−I, 和（c）V_OC−I 曲线， (d) SCLC 测试结果和（e）Nyquist 图。（f） PEDOT:PSS HTL和PEDOT:PSS-Nb2C复合HTL的PL光谱。

图4. （a）PEDOT:PSS HTL和（d）PEDOT:PSS-Nb₂C复合HTL的AFM图。PM6:BTP-eC9分别旋涂在（b）PEDOT:PSS HTL和（e）PEDOT:PSS-Nb₂C复合HTL上的AFM图。PM6:BTP-eC9分别旋涂在（c）PEDOT:PSS HTL和（f）PEDOT:PSS-Nb₂C复合HTL上的二维GIWAXS图。     

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

图6. PEDOT:PSS HTL和PEDOT:PSS-Nb₂C复合HTL的（a）拉曼光谱和（b） XPS (C 1s) 光谱。（c）PEDOT:PSS HTL的XPS (S 2p)光谱。（d） PEDOT:PSS-Nb₂C复合HTL的XPS (S 2p) 光谱。（e） Nb₂C促进PEDOT:PSS相分离的机理示意图。

论文地址：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.

本文由作者供稿。