甲醇与水处理的PEDOT:PSS用于制备高性能有机太阳电池

　　PEDOT：PSS（poly(3,4-ethylenedioxythiophene)：polystyrene sulfonate，聚3,4-乙氧基噻吩：聚苯乙烯磺酸）是制备新一代太阳能电池常用的空穴传输层。然而，高导电的PEDOT不溶于水，为了制备水溶性的PEDOT，以用于溶液法加工光电器件，商品化的PEDOT:PSS水溶液中，含有大量的不导电的PSS成分。PSS的掺杂虽然提高了水溶性，满足了溶液加工的要求，但是大大地降低了其导电性。对PEDOT：PSS进行改性，是提高其导电性和器件性能的有效途径。 

　　在本工作中，中科院化学所研究人员发展了一种简易的方法，可以高效地去除PEDOT:PSS薄膜中大部分的PSS成分：把按常规方法制备得到的PEDOT:PSS薄膜，用40mL含20%水的甲醇溶液旋凃后，PEDOT:PSS的重量比可以由原先的1:6.8降低到1:2.9。导电原子力显微镜表征结果表明，处理后的PEDOT:PSS薄膜为更多的、可导电的PEDOT纳米微畴所覆盖，薄膜的导电率由原先的5.51*10^-4S/cm提高到4.04*10^-2S/cm，但是，单个PEDOT纳米微畴的导电性能基本保持不变，其电流仅有微弱增强（6.68提高到7.28pA）。当用处理后的PEDOT:PSS薄膜作为电子传输层制备正向电池器件后，发现，电池器件的电压和填充因子均基本保持不变，但是短路电流可以提高10%，因此效率也提高了10%（左图）。该结果发表在ACS Appl. Mater & Interfaces. 2017, 9 (2), 1446-1452。 

　　图1 处理后的PEDOT:PSS薄膜作为电子传输层制备正向电池器件后，效率也提高了10%。 

　　图2 处理前后的PEDOT的同步辐射技术表征 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）1W1A-漫散射实验站的GIXRD技术，我们表征了处理前后的PEDOT：PSS薄膜的结构变化，以及在其表面上的电池活性层的薄膜结构的变化情况（图2），发现，甲醇和水处理前后，PEDOT：PSS的结构基本保持不变，说明导电的PEDOT分子的超分子堆积结构保持不变，这和原子力显微镜等其它表征数据得到的结果一致。更进一步地，电池活性层的薄膜结构也保持不变，这也是电池器件的电压和填充因子基本保持不变的原因。 

　　论文发表后，Johannes Karl Fink在他撰写的《Solar Cells》第四章中，引用了我们报道的实验结果。 

　　发表文章： 

Weiping Li, Xinliang Zhang, Xin Zhang, Jiannian Yao and Chuanlang Zhan, High-Performance Solution-Processed Single-Junction Polymer Solar Cell Achievable by Post-Treatment of PEDOT:PSS Layer with Water-Containing Methanol, ACS Appl. Mater & Interfaces. 2017, 9 (2), 1446-1452.