有机太阳能电池PEDOT:PSS空穴传输层及其改性的研究进展

摘要

有机太阳能电池具有低成本、轻量化、柔性化等优点,是未来对太阳能合理有效利用的最佳方式之一.空穴传输层作为有机太阳能电池的关键组成部分,具有调节OSCs活性层与电极间的能级势垒、提高空穴载流子的收集与传输、OSCs的稳定性与光伏转换效率的作用.聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)是目前广泛使用的有机太阳能电池空穴传输层材料,具有可溶液加工、高透光性、能级匹配等突出优点,但同时也存在电导率低、腐蚀电极、水/氧敏感等缺陷.目前针对PEDOT:PSS缺陷的改性方法主要有通过使用有机溶剂或酸处理,减弱PEDOT与PSS间的相互作用,促进PEDOT与PSS相分离提高电导率,以及掺杂高导性材料、离子液体和盐等方式提高PEDOT:PSS的介电常数;引入交联剂等方式提高PEDOT:PSS的疏水性,降低吸水性倾向;PEDOT:PSS显酸性,而在PEDOT:PSS与电极间插入修饰层,可避免PEDOT:PSS与电极直接接触引起电极的腐蚀.本文综述了近年来改善PEDOT:PSS电导率、酸性以及水和空气敏感性的各种方法:掺杂、复合及补充修饰层等后处理方法.目前改性方法虽然可以克服PEDOT:PSS存在的某一缺陷,但不同后处理工艺差别巨大,工艺通用性受到限制.同时,本文还讨论了改性PEDOT:PSS与电池性能之间的关系,阐述了PEDOT:PSS的改性原则;提出在制备阶段调控PEDOT与PSS的相分离的前处理方法且该方法可以改善PEDOT:PSS膜的形貌与均匀性,亦可弥补目前的后处理方法的不足,以及改变PEDOT链的构象,来克服PEDOT:PSS低电导率、水和空气敏感、腐蚀电极等缺陷,促进基于PEDOT:PSS有机太阳能电池大面积生产工艺的产业化.