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柔性有机太阳能电池(OSCs)具有成本低、重量轻、易加工、便携带等优点,成为光伏领域的研究热点。透明电极的制备是决定器件能量转换效率和机械柔性的关键因数。随着玻璃基OSC效率>17%的突破性进展,柔性OSCs也受到科研团体的广泛关注。例如,Sun等采用银纳米线(AgNW)和聚苯乙烯磺酸钠(PSSNa)复合透明电极,得到了13.1%效率的单结柔性OSCs和16.5%效率的叠层柔性OSCs。Chen等报道了一种基于掺铝氧化锌和AgNW复合电极的高柔OSC,其平均效率为14.93%,最高效率为15.21%。这些研究有力地促进了柔性有机太阳能电池的商业化。然而,AgNW的高成本、金属氧化物(如氧化锌和铟锡氧化物)的固有脆性以及高酸性PSSNa的腐蚀作用可能阻碍柔性光伏的进一步发展。
基于此,中国科学院宁波材料技术与工程研究所樊细副研究员等人提出了极低浓度的高氯酸喷雾掺杂方法,这种微量的强酸掺杂显著地提高了电极的导电性,抑制了常规硫酸处理及高温强酸掺杂对塑料衬底的腐蚀,提高了PEDOT:PSS电极的功函数。另外,这种喷雾掺杂非常适合制备大面积的柔性PEDOT:PSS透明电极。在此基础上,制备了一种无金属氧化物的柔性OSC。基于用微量的高氯酸喷雾掺杂的PEDOT:PSS阳极,优化的柔性有机太阳能电池的平均能量转换效率为16.44%,这是当时所报道的单结柔性OSC器件效率的最高值。器件的高效率主要归因于高氯酸的高效掺杂,它降低了阳极的费米能级和方块电阻,并在界面处产生了紧密的接触。喷雾掺杂还避免了高氯酸和PET塑料衬底的直接接触,因此柔性有机太阳能电池保持了良好的柔韧性。在器件构造和光伏性能方面,微量高氯酸喷雾掺杂要显著优于强酸浸泡法和复杂的转移印刷策略。这一成果最近发表在J. Mater. Chem. A 2020, 8, 21007 (Metal oxide-free flexible organic solar cells with 0.1 M perchloric acid sprayed polymeric anodes. Selected as one of 2020 JMCA HOT Papers)。
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GMT+8, 2024-4-16 17:36
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