Polydopamine‐Polyoxometalate Composites in Neutral pH Enable High‐Efficiency and Ultra‐Stable Organic Solar Cells via Mutual Doping Mechanism

多金属氧酸盐 材料科学 兴奋剂 有机太阳能电池 机制(生物学) 化学工程 复合材料 纳米技术 光电子学 聚合物 有机化学 催化作用 哲学 化学 认识论 工程类
作者
Xiaona Han,Jinling Yu,Yudong Chen,Hang Qu,Zhiwen Ruan,Mei‐Jin Lin,Jianhui Hou,Qing Liao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202512965
摘要

Abstract Heavy doping critically minimizes depletion region widths for efficient charge transport in organic solar cells (OSCs), yet systematic studies elucidating its underlying mechanisms remain scarce. To address this, two polydopamine‐polyoxometalate composites (PDA‐PMA and PDA‐PMA(N)) are designed via innovative mutual doping pathways. PDA‐PMA achieved ultrahigh doping density (1.17 × 10 23 cm −3 ) through H 3 [P(Mo 3 O 10 ) 4 ] (PMA) initiated oxidative polymerization of dopamine, where electron transfer simultaneously induced p‐doped PDA and n‐doped PMA. Remarkably, neutralization with ammonia yielded PDA‐PMA(N), which retained even higher doping density (3.74 × 10 23 cm −3 ) via structural rearrangement‐driven organic doping. XPS/ESR studies revealed distinct pathways: dual organic/inorganic doping in PDA‐PMA versus organic‐dominated doping in PDA‐PMA(N). This deep doping compressed depletion region widths from 44.42 nm in undoped controls (the blend of PDA and PMA) to 0.052 nm (PDA‐PMA(N)), surpassing PEDOT:PSS (0.238 nm) and enabling barrier‐free hole transport. Consequently, PBDB‐TF:BTP‐eC9‐based OSCs with PDA‐PMA and PDA‐PMA(N) achieved exceptional power conversion efficiencies (PCEs) of 20.02% and 20.29%, respectively. Furthermore, the neutralized PDA‐PMA(N) demonstrated superior stability (86.2% PCE retention after 1800 h illumination) by suppressing interfacial corrosion. This work elucidates structure‐dependent doping mechanisms and provides a universal strategy for developing high‐performance hole transport layers through tailored doping, advancing OSC commercialization.
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