二维纳米材料（例如石墨烯）在先进电子，能源，分离和复合材料应用中具有巨大的潜力。但是，对二维纳米材料在实际应用中优化是一项挑战。金属-有机骨架纳米片（MONs）是一类新兴的二维材料，其多样且易于调节的结构使其非常适合用于光电应用。近日，谢菲尔德大学Jonathan A. Foster等人将液体剥离技术用于合成具有电子和光学特性的超薄锌卟啉基MONs然后掺入到聚噻吩-富勒烯（P3HT-PCBM）有机太阳能电池中，研究发现在光伏器件的光敏层中添加MONs提高了其功率转换效率（5.2％），几乎是没有MONs添加的参考器件的两倍。

文章要点： 

1）通过在P3HT:PCBM的活性层混合物中掺入单层Zn₂(ZnTCPP) MONs，可以很好的提高太阳能电池的性能。MONs的中间能级意味着它们不会产生电荷陷阱，正如在其他三元系统中引入纳米材料所观察到的那样。当MONs负载为20％时，电池的性能最佳（效率为5.2％），几乎是没有纳米片的参考设备（2.67％）和同类产品中性能的两倍。MONs的掺入使得太阳能电池的开路电压，电流密度和填充因子等都有显著的改善。EQE，GI-WAXS，椭圆光度法和原子力显微镜等研究表明，其电荷迁移率提高了十倍，吸收率提高了一倍，P3HT的结晶度提高，降低了P3HT:PCBM的结构域。

2）通过调节MONs的电子和光学特性可以优化材料的带隙，使其与所选的任何聚合物体系共混，并可能与非富勒烯受体聚合物（如ITIC、IHIC、Y6和 PM6）等混合， 从而获得更高性能的不含富勒烯的有机光伏电池（OPV）。此外，可以将MONs作为三元共混物引入其他半结晶OPV器件，以增强其结晶度，并改善共混和减小畴尺寸。

Kezia Sasitharan, et al, Metal–organic framework nanosheets for enhanced performance of organic photovoltaic cells, J. Mater. Chem. A, 2020

DOI: 10.1039/C9TA12313J

https://doi.org/10.1039/C9TA12313J