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先丰银纳米线亮相Nature Energy,用于助力全印刷有机光伏电池
2022/4/20 16:36:07

    2022年4月14日,Nature Energy以题为“An alcohol-dispersed conducting polymer complex for fully printable organic solar cells with improved stability”报道了华中科技大学周印华教授课题组关于醇相分散的导电聚合物配方PEDOT:F,并基于该配方实现了高性能全印刷有机光伏电池。所制备器件的照片被遴选为Nature Energy 2022年4月的封面图片。

    导电聚合物PEDOT:PSS具有导电、光学透明、可溶液涂布等优点,自1990年发明以来,在众多领域如固态电容、抗静电涂层、印刷电子等被广泛应用。在全印刷有机光伏电池中,PEDOT:PSS承担空穴收集的任务,对器件性能起关键作用。然而,PEDOT:PSS存在酸性强、易于吸湿、在活性层表面浸润性差等缺点,限制了全印刷有机光伏电池的效率和稳定性。

    为克服这些缺点,周印华课题组采用抗衡离子替代策略,开发醇相分散的导电聚合物配方。他们采用全氟磺酸离子聚合物(PFSI)作为抗衡离子,PFSI的独特优点在于它具有两个溶解度参数(16.71–17.37cal0.5cm-1.5和9.61–10.08 cal0.5 cm-1.5),可在水或醇中分别溶解。基于此,他们实现了醇相分散的导电聚合物配方(简称为PEDOT:F)。醇溶剂的表面张力小,并且酸在醇中电离常数小,因此,醇相配方有效地改善了加工浸润性,抑制了配方的酸性。此外全氟磺酸结构疏水性强,避免了吸湿问题。全氟磺酸结构提升了PEDOT的功函数,有利于空穴的收集。

    研究发现醇相PEDOT:F在有机光伏电池中具有优异的普适性,能够与多种有机光伏活性层(富勒烯或非富勒烯受体、深或浅能级给体)及不同器件结构(反式或正式结构)相兼容,有效地提取空穴,实现高填充因子和高开路电压。更进一步,他们实现了全印刷有机光伏电池及模组,所实现的电池和模组的能量转换效率分别为15%和13%,电池表现出良好的稳定性。

文中有机光伏电池中的电极用到的银纳米线来自先丰纳米。

文献链接:https://doi.org/10.1038/s41560-022-00997-9


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