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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(jìn)一步解決。其一,導(dǎo)電聚合物廠, 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(jìn)行修飾。目前已有少量的添加劑用于PEDOT:PSS HTL,導(dǎo)電聚合物, 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(jìn)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(dá)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, 具有電學(xué)和機(jī)械性能的碳納米管(CNTs)能改進(jìn)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(jìn)晶粒的生長。
基于PEDOT:PSS電極的柔性有機(jī)太陽能電池進(jìn)展
有機(jī)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??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,導(dǎo)電聚合物廠家,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。
柔性鈣鈦礦太陽能電池機(jī)械力學(xué)穩(wěn)定性:(A) 柔性電池模組在不同曲率半徑彎折的照片。(B) 柔性電池在不同曲率半徑下彎折300次后的光電轉(zhuǎn)換效率。(C) 在3 mm曲率半徑下,柔性電池彎折5000次后的光電轉(zhuǎn)換效率。(D) 在3mm曲率半徑下,不同有效面積的柔性電池彎折后光電轉(zhuǎn)換效率。
他們進(jìn)一步測試了柔性電池的長時間穩(wěn)定性。因為器件同時采用PEDOT:PSS作為電極和空穴界面層,導(dǎo)電聚合物供應(yīng),避免了界面層PEDOT:PSS對于ITO電極的酸性腐蝕。封裝器件經(jīng)過180天測試后,仍具有80%初始光電轉(zhuǎn)換效率。器件的穩(wěn)定性也通過飛行時間二次離子質(zhì)譜進(jìn)行了深入研究。PEDOT:PSS:CFE電極克服了PEDOT:PSS的吸濕性問題,從而減緩鈣鈦礦器件的離子擴(kuò)散,提高了穩(wěn)定性。
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