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  在有機光電子器件中，高功函和低功函電極分別從半導體層中提�。ɑ蜃⑷耄┛昭�/電子，均是器件中的重要組成部分。相比于高功函數電極材料，低功函電極材料對氧氣或者水分敏感，影響了器件的性能及穩定性。穩定的低功函電極材料仍然是一個挑戰。

  理想的低功函電極材料應當具有以下性質：（1）自身具有較低的功函數，減少界面層或修飾層的使用，有利于簡化器件結構及工藝；（2）材料自身具有穩定性，且不與器件中其他界面層有物理化學反應；（3）具有較高的電導率，有利于載流子的傳輸。

  近日，華中科技大學周印華教授課題組通過離子交換策略，開發了一系列功函數在4.1-5.0 eV的導電聚合物材料PEDOT:PSS-M（PEDOT:PSS為聚3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸，M為一價陽離子）。其中PEDOT:PSS-TBA（TBA為四丁基銨）功函數約為4.1-4.2 eV，通過添加劑乙二醇處理后，電導率約為300 S/cm。該材料在空氣、熱、等離子體以及醇溶劑環境下均表現出優異的穩定性�；赑EDOT:PSS-TBA電子傳輸層的有機太陽能電池器件表現出與參比器件相當的效率，展現了良好的電子提取以及傳輸的能力。同時在光照144 h后，器件性能仍保持初始性能的83%（參比器件為51%）。

  進一步，基于高電導率的hc-PEDOT:PSS-TBA低功函電極，采用全溶液加工工藝制備了結構簡化（三層膜結構：hc-PEDOT:PSS-TBA/有機活性層/PEDOT:PSS）的有機太陽能電池器件，表明了所開發的低功函電極材料PEDOT:PSS-TBA在印刷光電子器件中具有良好的前景，也表明離子交換策略實現PEDOT:PSS功函調控的有效性。

圖1. (a)溶液和(b)薄膜狀態下離子交換示意圖。(c)PEDOT:PSS-M功函數與陽離子M半徑之間的關系

圖2. 低功函PEDOT:PSS-TBA在：(a)空氣，(b)等離子體，(c)熱以及(d)醇溶劑環境下的穩定性測試。PEDOT:PSS/PEI為經PEI表面修飾的PEDOT:PSS。

圖3. 基于PEDOT:PSS-TBA電子傳輸層的有機太陽能電池：(a)器件性能以及(b)光照穩定性。(c)基于低功函電極PEDOT:PSS-TBA所制備的三層膜結構的有機太陽能電池結構及器件性能。

  以上成果發表在Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater. 2021, 2107250）上。論文第一作者為華中科技大學光電國家研究中心博士后劉鐵峰，通訊作者為周印華教授。該工作得到了國家自然科學金委項目和華中科技大學自主創新基金的資助。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202107250