基于PEDOT:PSS電極的柔性有機太陽能電池進展

有機太陽能電池（Organic solar cells，OSCs）具有柔性﹑輕薄﹑成本低以及可印刷和卷對卷制造的巨大優(yōu)勢，引起了廣泛的關(guān)注。最h的聚合物太陽能電池在100mW/cm2的光照下,開路電壓(Voc)為0。目前，大部分OSC基于剛性玻璃基板，而柔性O(shè)SC是其商業(yè)化應(yīng)用的重要途徑之一?？捎∷ⅸp便攜式和可穿戴式的柔性O(shè)SC產(chǎn)品能搶占傳統(tǒng)硅光伏市場的份額。常見的柔性O(shè)SC由柔性透明電極（Flexible transparent electrode，F(xiàn)TE）﹑活性層和低功函金屬修飾的陰極組成的三明治結(jié)構(gòu)。通過印刷﹑卷對卷和刮涂等工藝，有望開發(fā)出﹑柔性和低成本的光伏組件。因此，研究者和商業(yè)家應(yīng)共同努力提高光伏器件的性能，并探求OSC產(chǎn)品柔性化和低成本化的解決方案。低溫全溶液加工非常適合印刷﹑卷對卷和刮涂加工，并且使柔性O(shè)SC產(chǎn)品具有低成本的優(yōu)勢。

針對PEDOT:PSS薄膜導(dǎo)電性不高和載流子遷移率低等問題，通過將還原氧化石墨烯(rGO)引入到PEDOT:PSS薄膜中，實現(xiàn)了導(dǎo)電性提高和電池材料光吸收增強，并且通過電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計，終實現(xiàn)了電池轉(zhuǎn)換效率30%的提升，使得電池轉(zhuǎn)換效率達到12%。在此研究基礎(chǔ)上，在自抑制效果下實現(xiàn)了高膜厚無氣孔PEDOT:DBSA-Te量子點復(fù)合薄膜的同步生成。（Xinyu Jiang, Shanglong Peng*,et al.Appl. Sur. Sci., 2017, 407, 398-404.）

?PEDOT:PSSHTL

PEDOT:PSS HTL在器件中主要起著收集和傳輸來自鈣鈦礦光吸收層的空穴的作用[6]。盡管PEDOT:PSS HTL具有透光率優(yōu)異和制備工藝簡單等優(yōu)點, 但是依然存在兩個關(guān)鍵問題[7, 8, 9, 10, 11]有待進一步解決。該研究能很好的與印刷技術(shù)相兼容，從而實現(xiàn)高效率和晶體取向可調(diào)的鈣鈦礦太陽能電池的量產(chǎn)。其一, PEDOT:PSS HTL的導(dǎo)電性能相對較弱, 在其內(nèi)部電荷無法地傳輸, 導(dǎo)致HTL和鈣鈦礦層界面處出現(xiàn)電荷累積, 加大了器件的漏電流[7]; 其二, PEDOT:PSS HTL表面缺少鈣鈦礦形核和生長的有利位置以及存在鈣鈦礦溶液的潤濕性問題, 較難獲得晶粒尺寸大且覆蓋率高的鈣鈦礦層[8, 11]。為此, 研究人員嘗試引入添加劑對PEDOT:PSS HTL進行修飾。目前已有少量的添加劑用于PEDOT:PSS HTL, 如二甲j亞砜(DMSO)[7]、聚氧h乙烯(PEO)[9]、甲磺酸(MSA)[10]和氧化石墨(GO)[11], 這些添加劑解決上述兩個問題的側(cè)重點有所不同。例如, DMSO主要是提升PEDOT:PSS HTL的導(dǎo)電性能, 其原因在于DMSO能弱化PEDOT分子鏈和PSS分子鏈之間的交互作用, 進而促使PEDOT富集相的形成; GO主要是通過改善鈣鈦礦溶液在PEDOT:PSS HTL表面的潤濕性, 達到降低鈣鈦礦非均勻形核能的目的。然而, 目前鮮有同時將兩種不同功能的添加劑用于修飾PEDOT:PSS HTL的報道。此外, 超級電容器和導(dǎo)電薄膜等領(lǐng)域的研究表明, 具有獨特電學(xué)和機械性能的碳納米管(CNTs)能改進PEDOT:PSS膜的導(dǎo)電性能[12, 13]。同樣值得借鑒的是Zhang等[14]的研究工作, 他們發(fā)現(xiàn)將CNTs摻入鈣鈦礦層能促進晶粒的生長。