基于PEDOT:PSS:α-In2Se3空穴传输层的高效聚合物太阳能电池学术资讯

来源：材料科学前沿

二维材料由于具有高的表面积、良好的透光性、优良的电学性能日益受到人们的关注，将二维材料应用于光电器件是目前研究人员普遍关注的一个研究方向。最近，华南理工大学於黄忠教授课题组在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上发表了题为“Solution-processable PEDOT:PSS:α-In2Se3 with Enhanced Conductivity as a Hole Transport Layer for High-Performance Polymer Solar Cells”的研究论文。此项工作将块体α-In2Se3用液相剥离法，于异丙醇/去离子水共溶剂中剥离出二维α-In2Se3纳米片。然后将含有纳米片的溶液掺入PEDOT:PSS中，制备出PEDOT:PSS: α-In2Se3复合材料，二维α-In2Se3纳米片的添加提高了PEDOT:PSS的电导率。

图1. a为α-In2Se3纳米片的TEM图（比例尺为100 nm）。b为PEDOT:PSS:α-In2Se3薄膜的TEM图(比例尺为10 nm). 插图为α-In2Se3的选取电子衍射图。作者通过一系列表征手段，如X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱、电子顺磁共振（EPR）以及原子力显微镜（AFM）等，对PEDOT:PSS电导率提高的机理进行了深入地分析。本文中α-In2Se3掺杂使得PEDOT:PSS电导率提升的机理，可以概括为以下几点：（1）促进了PEDOT链的苯-醌转变，使PEDOT链从线圈形转化为扩展线圈形或线形；（2）部分减少了PSS；（3）α-In2Se3纳米片起到物理连接的作用，促进PEDOT链间电荷传输。其中（1）和（2）的发生是由于共溶剂和α-In2Se3纳米片（起主要作用）共同减弱了PEDOT和PSS之间的库伦吸引力。根据上述的表征以及分析，作者最终提出了电导率提高的相关原理的模型，对进一步理解PEDOT:PSS电导率提高的原理具有积极意义。

图2. PEDOT:PSS和PEDOT:PSS:α-In2Se3薄膜的（a）S2p XPS曲线、（b）Raman光谱、（c）EPR图、（d）和（e）AFM图。得益于PEDOT:PSS:α-In2Se3提高的电导率和卓越的透光性等，作者将PEDOT:PSS:α-In2Se3复合材料应用于聚合物太阳电池(PSCs)中，用作有机太阳电池中的空穴输层，提高了聚合物太阳电池的性能。在以PM6:Y6为活性层的太阳电池中，实现了15.89%的能量转换效率，其器件的短路电流、开路电压和填充因子分别为25.47mA cm-2、0.84 V、74.45%。使用PEDOT:PSS:α-In2Se3复合薄膜的PSCs，相比于用PEDOT:PSS作为空穴传输层的器件，能量转率效率提升了接近10%。同时，更为有意思的是，由于PSS的部分减少，复合薄膜的酸性和吸湿性减弱，使得器件的寿命也得以提升。这为提高光伏器件性能提供了一种新的方法。

图3. (a)PM6:Y6器件的J-V图，插图为PEDOT:PSS电导率提高的机理图。（b）PM6:Y6器件的EQE图。文章链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.0c02489

来源：材料科学最前沿材料科学前沿

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1NDc0NTY4OA==&mid=2247485577&idx=5&sn=c177bf4428b295affe9876ff026fe5d1&chksm=e9c1c5bedeb64ca818e0e5aecfde761c4d2c4d803fa905f828a945f155f3a5d741df095f47ff#rd

电话：（010）86409582

邮箱：kejie@scimall.org.cn