华科最新Nature Energy：醇换水，新离聚物！全印刷OSCs实现高PCE和稳定性

通过全涂层构建高效、稳定的有机太阳能电池（organic solar cells, OSCs）是一种非常理想的策略。聚（3, 4-乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT: PSS）是一种经典的导电聚合络合物，广泛用于全打印器件的空穴收集。然而，PEDOT: PSS通常分散在水中，并表现出强酸性，降低了器件的效率和稳定性。

基于此，华中科技大学周印华教授（通讯作者）等人报道了一种采用全氟化磺酸（perfluorinated sulfonic acid, PFSA）离聚物作为抗衡离子的醇分散制剂（表示为PEDOT: F）。PFSA离聚物具有两个溶解度参数的特殊优势，并且可以很好的分散在水或醇中，这使得作者能够很方便的制备分散在醇中的PEDOT: F。同时，醇类分散体具有良好的润湿性和低酸度，避免了水溶性PEDOT: PSS的缺点。因此，PEDOT: F可以有效地从高性能非富勒烯有机光伏活性层中收集空穴，并有助于展示具有高性能和良好运行稳定性的全涂层有机太阳能电池（OSCs）。基于PEDOT: F的完全可印刷有机光伏电池（从底部电极到顶部电极）的功率转换效率（power conversion efficiency, PCE）为15%，在最大功率处跟踪1330 h的连续光照下，可以保持初始效率的83%。

从底部电极到顶部电极的有机太阳能电池（OSCs）的全印刷或涂层对于实现低成本、高通量和大面积制备非常理想。然而，全印刷OSCs的性能和稳定性仍然落后于采用真空沉积金属电极的器件，其功率转换效率（PCEs）约为10%。其中一个关键的挑战是在非富勒烯活性层和溶液处理的顶部电极之间缺乏稳定且高性能的可打印空穴传输层（HTL）。导电聚合物聚（3, 4-乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT: PSS）是一种广泛使用的可打印HTL，具有高导电性、光学透明性和易于涂覆的优点，无需对所制膜进行苛刻的后处理。

综上所述，作者制备了PEDOT: F的醇分散导电聚合物方法，并使用PEDOT: F作为HTL制造了高性能全涂层有机太阳能电池。通过使用PFSA离聚物作为抗衡离子来替代传统的PSS抗衡离子，制备了醇分散的PEDOT: F。醇分散PEDOT: F避免了传统水分散PEDOT: PSS长期存在的酸性、水分和去湿性缺点，而这些缺点是导致器件性能和稳定性差的关键因素。PEDOT: F可以非常有效且普遍地从有机活性层中提取空穴，包括富勒烯和非富勒烯，在常规和倒置配置中均具有深和低位的最高占据分子轨道能级。

完全可打印的电池在小面积（0.041 cm²）上显示出15%的PCE，完全可打印的模块在12.2 cm²的面积上显示出超过13%的PCE，并具有良好的运行稳定性，在最大功率点跟踪1330 h的连续光照下保持其初始效率的83%。醇分散的 PEDOT: F在加工和稳定性方面优于水性PEDOT: PSS，进一步拓宽导电聚合物在这些领域的应用，同时稳定高效的全涂层电池的展示将促进具有真空沉积电极的小面积实验室电池通过高通量生产中的全印刷过渡到大面积模块。

An alcohol-dispersed conducting polymer complex for fully printable organic solar cells with improved stability.Nature Energy, 2022, DOI: 10.1038/s41560-022-00997-9.

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