有机太阳能电池（OSCs）具有柔性化、轻量化、溶液可加工性等优点备受关注，其单结功率转换效率（PCE）已超过20%。作为连接活性层与电极的“桥梁”，阴极界面层在调节电极功函数、降低能量势垒和抑制电荷复合方面起着关键作用。苝二酰亚胺（PDI）及其衍生物具有合适的能级、电子亲和能、膜厚不敏感等优点，是常用的阴极界面传输层。然而，由于平面结构的PDI固有的聚集特性，易形成不均匀的薄膜表面，从而加剧界面缺陷，降低电导率，阻碍载流子的传输和收集，影响OSCs的器件性能。

针对以上问题，我们薄膜光伏团队联合四川大学和淮北师范大学采用混合阴极界面层策略（将具有高光学透明度和优异导电性的MXenes二维材料Ti₃CN，修饰PDI及其衍生物）调控PDI分子的聚集行为，揭示Ti₃CN与PDI界面层的N-N耦合作用机制。当在PDIN中引入1 wt%的Ti₃CN时，Ti₃CN表面钛原子通过电子转移与含有氨基的PDIN形成定向偶极结构。N-N相互作用下Ti₃CN：PDIN混合阴极界面层有更合适的能级匹配，增强导电性，从而提升电荷提取性能。此外，Ti₃CN的引入有效调控了PDIN薄膜的垂直相分布，使PDIN更加致密有序，降低陷阱态密度，形成更光滑的表面，从而构建高效的电子传输路径，显著增加了阴极界面层的膜厚耐受性。将该界面层应用于PM6:BTP-eC9和PM6/L8-BO有机太阳能电池器件时，分别实现了20.0%和19.5％的PCE，器件稳定性得到提升。本研究提出的N-N耦合策略为开发高效有机太阳能电池混合阴极界面层提供了新的见解。

相关研究成果以“Ti₃CN MXenes-induced N-N couplings modifies perylene-diimide-based cathode interlayers for 20 % efficiency organic solar cells”为题，发表在国际期刊Materials Science and Engineering: R: Reports上。该课题获得了“国家自然科学基金（面上项目）（62275057）-基于荧光共振能量转移的平面异质结有机光伏电池光电转换机理与性能研究”和“广西自然科学基金（杰出青年科学基金项目）（2023GXNSFFA026004）-有机光伏电池”的大力支持。部分数据来自北京同步辐射光源（BSRF）和上海同步辐射光源（SSRF）。感谢BSRF-1W1A、SSRF-BL16B1和SSRF-BL02U2线站科学家和四川省科技计划（2024NSFSC1034）提供的资金资助。感谢bwin官网分析测试中心对本实验提供的研究设备和资源的大力支持。

论文作者：郑扬超（2021级硕士研究生），赵晶晶（2023级博士研究生），李鸿祥（通讯作者），张敏（通讯作者），赵振民（2020级博士生），黎裕冰（2023级博士研究生），朱朝锋（2021级博士生），梁安海（2022级硕士研究生），王子若（2021级本科生），徐帅凯，阚志鹏（通讯作者）。