近30年來,聚(3,4-乙撐二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)導(dǎo)電聚合物常作為標準空穴傳輸材料應(yīng)用于有機光電子器件領(lǐng)域。然而,隨著科技發(fā)展,PEDOT:PSS較弱導(dǎo)電性、較低功函數(shù)和較強酸性等缺陷限制了器件性能的進一步攀升。科研工作者常采用二次摻雜法調(diào)控PEDOT:PSS微結(jié)構(gòu)(如:PEDOT醌式構(gòu)型含量、導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)連通性、表面高電離電勢組分含量)或新型摻雜劑代替PSS功能化PEDOT導(dǎo)電聚合物,以克服上述缺陷。然而,分子量——這一決定PEDOT光電性能的重要參數(shù)卻未被關(guān)注。
圖1 本文PEDOT分子量與有機光伏器件性能關(guān)系示意圖
圖2 文獻PEDOT分子量與鈣鈦礦光伏器件性能對比圖
在本文中,作者通過調(diào)控乳化劑、催化劑用量,制備了五批不同PEDOT分子量的PEDOT:PSS導(dǎo)電聚合物P-UL、P-L、P-M、P-H、P-UH,將其作為空穴傳輸層組裝PBDB-T:ITIC有機光伏器件(如圖3所示)。研究發(fā)現(xiàn),隨著分子量的增加,PEDOT摻雜度和薄膜相分離程度逐漸增加,導(dǎo)致空穴傳輸層由近乎絕緣(7.70×10-7 S cm-1)向弱電導(dǎo)性(1.14×10-4 S cm-1)及高電導(dǎo)性(7.72×10-4 S cm-1)轉(zhuǎn)變,器件效率因此實現(xiàn)~0到1.32%及9.91%的跳躍(如圖3所示)。隨著分子量進一步提高,空穴傳輸層電導(dǎo)率提升幅度變小,然而其粗糙度增加引起的載流子復(fù)合效應(yīng)逐漸凸顯,使得載流子收集效率達到峰值,器件效率達到飽和10.36%。以上結(jié)果彰顯了PEDOT分子量的重要性,對導(dǎo)電聚合物的改性研究以及機光電器件的性能提升研究具有重要指導(dǎo)意義。
圖3 不同PEDOT分子量導(dǎo)電聚合物的制備、光電性質(zhì)、形貌及有機光伏器件性能譜圖
該研究成果以”The importance of the molecular weight of PEDOT hole transporting materials for efficient organic solar cells”為題,并作為內(nèi)封底文章發(fā)表于《Journal of Materials Chemistry C》(DOI: 10.1039/D0TC04372A)。論文的第一作者為武漢工程大學(xué)碩士研究生付清瑤,通訊作者為武漢工程大學(xué)汪鋒教授課題組青年教師李昱達。江漢大學(xué)陽仁強教授課題組在有機光伏器件制備與測試上提供了重要幫助。
圖4 Insert Back Cover(赤壁之戰(zhàn)、鐵索連環(huán))
原文鏈接:https://doi.org/10.1039/D0TC04372A
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