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氯化钠掺杂PEDOT:PSS实现高填充因子钙钛矿太阳能电池

近年来， 以CH3NH3PbI3为代表的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其突出的光电性能和高光电转换效率而受到研究者们越来越多的关注。其中PEDOT:PSS作为一种传统的空穴传输材料，其具有高透光率、良好的热稳定性以及和钙钛矿匹配的级，被广泛的应用于反式的平面钙钛矿太阳能电池结构中。但是，以往的研究很少关注PEDOT:PSS的表面属性对钙钛矿晶体生长和器件性能的影响。②基本一致的NaCl和MAPbCl3晶格参数（不匹配度低于<。

这一方法不仅改善了PEDOT:PSS本身的导电性，同时通过其表面分布的NaCl小晶体改善了上层钙钛矿薄膜的质量。通过这种简单的方式同时提高了填充因子（高达81.9%）和开路电压，使钙钛矿电池的性能从平均的15.1%提升到了17.1%，g达到18.2% 且基本没有出现迟滞现象。通过系统的分析对比阐明了电池性能提升的本质可归因于两方面: ① NaCl的掺杂导致了PEDOT和PSS的相分离，从而提高了电导率和空穴提取能力；利用PEDOT:PSS/AgNW/PDMS的包覆结构以及界面之间强的粘附性，提高器件结构的稳固性，这有利于提高应变响应的可靠性。② 基本一致的NaCl和MAPbCl3晶格参数（不匹配度低于<2%）和 （001）面匹配的氯原子排列使得PEDOT:PSS 表面分布的NaCl作为种子诱导形成了均匀的具有一定（001）取向的钙钛矿薄膜。该研究能很好的与印刷技术相兼容，从而实现和晶体取向可调的钙钛矿太阳能电池的量产。

自抑制法制备PEDOT厚膜和PEDOT/Te点复合薄膜

有机-无机复合热电材料不仅具有有机材料质轻、高延展性、低成本、易制备等优点，而且可以获得比纯有机材料更加优异的热电性能，近年来持续受到热点关注。然而，传统的采用原位聚合或机械混合法制得的有机/无机复合热电材料，存在着无机纳米颗粒难分散、易氧化、粒径大小难以控制以及无机相添加量过大（通常&gt;25wt%）等问题，削弱了实际的复合效果，极大地阻碍了有机/无机复合热电材料的进展。即用型配方CLEVIOS?FE-T材料属于水基物质，含有可用于强制干燥的聚酯分散体。

近日，中国科x院上海硅酸盐研究所研究员陈立东、副研究员姚琴的研究团队在聚3,4-乙烯二氧s吩（PEDOT）基有机/无机复合热电材料领域取得新进展。该团队采用新型氧化剂，通过自抑制聚合法，获得了高膜厚无气孔PEDOT:DBSA-Te点复合热电薄膜，相关成果相继发表于NPG Asia Materials,2017,9,405；可印刷﹑便携式和可穿戴式的柔性OSC产品能抢占传统硅光伏市场的份额。Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,8037–8042，并获得授权一项。

进一步通过调节氧化剂的比例可以控制Te含量和粒径，x粒径可达到点级（&lt;5nm）。终，通过Te点的声子散射机制，在较低的Te添加量下（2.1~5.8 wt%），实现了泽贝克系数和电导率的同时提升，获得了功率因子超过100 mW/mK2的复合薄膜，比纯的PEDOT:DBSA基体提高了50%以上。该项研究为未来有机-无机复合纳米热电材料制备展示了新的方法和思路。下一步，该团队将探索更多基于此方法的PEDOT基复合材料的合成以及相关器件的制作。研究人员已经把它应用于工业的各个方面，如固体电解电容器，抗静电涂层，通孔线路板电镀等等。

PEDOT以旋涂或者浇铸成膜得到的电导率可达550S/cm，用气相聚合法得到的聚合物更能达到1000S/cm。

　　PEDOT分散液的粘度实表征镀膜后稳定性的重要参数，粘度可在0.1-1000mPa?s（在20℃和100S-1的剪切速率下用流变仪测定），粘度j为40-150mPa?s.

　　实验证明，当PEDOT粒径明显降低时，其粘度和“挂壁”现象明显增大。国外文献和均表明，超高压均质是降低PEDOT粒径的金方法。通过超高压均质这样一个手段，能够改善样品性能从而使应用成为现实。

　　实验设备：ATS高压均质机，光散射粒度仪

　　样品：PDEOT：PSS分散液

　　含量：固含量3-5%PH值为1

　　实验目的：将产品粒径降低至100nm以下

　　评判标准：

　　1.样品充分分散后，应呈现类似“胶体”状流动状态，粘度增大

　　2.导电性能需达到产品需求

　　3.粒径分布均一，涂布成膜后均匀稳定

　　基本实验流程：

　　1.将冷水机温度设置为-5℃，待温度充分降低之后，可开始准备均质处理

　　2.低压800bar处理三遍取样，高压1000bar处理五遍取样，高压1500bar处理五遍取样

　　3.实验中应注意随着均质处理温度升高，如果冷水机温度不能满足实验要求，应暂停实验或更换冷水机和换热设备

　　实验现象：

　　1.随着均质压力和次数的增加，样品的颜色有一定程度的变浅

　　2.均质前的沉淀物，均质之后静置后样品状态稳定不沉淀

　　3.均质处理后，样品温度会略微升高，此时在试管中的流动状态仍为液体。静置后温度降低，“粘壁”现象会较为明显。

该RT-PEDOT:PSS杨氏模量约为1 kPa，在50%拉伸条件下能保持其80%导电性。为进一步减少RT-PEDOT:PSS凝胶体系与生物器件（模量1~100 kPa）的模量差异，研究团队引入第二凝胶组分聚酰胺（PAAm）以提升凝胶体系机械性能；进一步的，上述方案中，所述的电子传输层为C60、C70、PCBM中的一种，作为改进，在制备电子传输层上继续制备一层Bphen、BCP、AlQ3中的一种作为电极修饰层。共混改性凝胶体系的模量可实现1~100 kPa范围内精细调控。同时，PAAm凝胶组分的引入未导致改性凝胶体系整体的导电性能的明显降低。该新型PEDOT:PSS导电凝胶体系的室温凝胶化特性，使其能够基于简便的注射成型实现在曲面基底成膜或制备不同形状凝胶纤维用于生物电子器件构筑。