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發(fā)布時間：2021-09-30 18:14
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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。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。可印刷﹑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。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。
調(diào)控導電高分子對陰離子的分子結(jié)構(gòu)來調(diào)控對陰離子的位阻，實現(xiàn)了薄膜自抑制法聚合（SIP）新工藝，獲得了可應(yīng)用的PEDOT厚膜材料，使得便捷制備微米級高電導率（>103 S/cm）PEDOT薄膜成為可能。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點復合薄膜的同步生成。該法從工業(yè)角度考慮有幾大缺點，比如需要強堿、高溫，存在致a物質(zhì)(1、2一二xyw)等。通過新型Fe(III)氧化劑的自抑制作用，實現(xiàn)了PEDOT基體對均勻分散Te顆粒的緊密包覆，成功抑制了Te納米顆粒的氧化。
PEDOT:PSS因其良好的印刷性和柔韌性，是常應(yīng)用于柔性透明電極的導電高分子材料。在以往的研究報道中，通常采用溶劑摻雜的方法提高PEDOT:PSS薄膜電導率。但這種方法提高電導率的程度有限，并且PEDOT:PSS薄膜自身的靛藍色不利于作為鈣鈦礦太陽能電池的透明電極。一種采用氟離子液體作為PEDOT:PSS添加劑，來調(diào)控PEDOT和PSS二者相分離，實現(xiàn)制備網(wǎng)格狀PEDOT:PSS薄膜。考慮PEDOT:PSS材料本身的特性和硅表面結(jié)構(gòu)光學管理后，硅與背金屬電極界面的接觸情況成為了制約電池效率提升的主要因素，硅/金屬的直接接觸會導致界面處形成肖特基勢壘，對電子傳輸?shù)淖璧K作用極大，同時界面處嚴重的復合造成了載流子的損失。這種結(jié)構(gòu)可提高PEDOT:PSS薄膜電導率超過4000 S/cm,并顯著提高了薄膜的透光率。研究團隊結(jié)合其印刷電子的研究基礎(chǔ)，采用狹縫擠出工藝，宏量印刷了PEDOT:PSS柔性透明電極，并成功應(yīng)用于柔性鈣鈦礦太陽能電池和模組中。
研究人員選用表面活性劑十二烷基苯磺酸（DBSA）為輔助試劑制備PEDOT:PSS導電凝膠體系。當DBSA濃度達到約3 v/v%時，體系基于物理交聯(lián)在室溫下能夠?qū)崿F(xiàn)凝膠化，同時凝膠化時間可根據(jù)DBSA濃度在2-200 min之間進行精細調(diào)節(jié)。基于PEDOT鏈間π-π 堆疊和疏水性相互作用構(gòu)成的物理交聯(lián)點，該PEDOT:PSS凝膠體系具有良好的自支撐成型性能。PEDOT／PSS膜具有較高的電導率(10s／cm)，較高的機械強度，高可見光透射率(在可見光范圍內(nèi)幾乎是透明的)和優(yōu)越的電化學性能及熱穩(wěn)定性等2】，在100~C高溫下能耐1000h以上，而電導率幾乎不變。該PEDOT:PSS凝膠體系的導電率達約10-1 S cm-1，遠超過大腦或脊椎等領(lǐng)域?qū)芍踩胨z體系導電性能的需求。
