氯化鈉摻雜PEDOT:PSS實(shí)現(xiàn)高填充因子鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

近年來(lái)， 以CH3NH3PbI3為代表的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其突出的光電性能和高光電轉(zhuǎn)換效率而受到研究者們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。其中PEDOT:PSS作為一種傳統(tǒng)的空穴傳輸材料，其具有高透光率、良好的熱穩(wěn)定性以及和鈣鈦礦匹配的級(jí)，被廣泛的應(yīng)用于反式的平面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中。印刷方法，將PEDOT:PSS/AgNW材料從玻璃襯底上轉(zhuǎn)移。但是，以往的研究很少關(guān)注PEDOT:PSS的表面屬性對(duì)鈣鈦礦晶體生長(zhǎng)和器件性能的影響。

這一方法不僅改善了PEDOT:PSS本身的導(dǎo)電性，同時(shí)通過(guò)其表面分布的NaCl小晶體改善了上層鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量。通過(guò)這種簡(jiǎn)單的方式同時(shí)提高了填充因子（高達(dá)81.9%）和開路電壓，使鈣鈦礦電池的性能從平均的15.1%提升到了17.1%，g達(dá)到18.2% 且基本沒(méi)有出現(xiàn)遲滯現(xiàn)象。通過(guò)系統(tǒng)的分析對(duì)比闡明了電池性能提升的本質(zhì)可歸因于兩方面: ① NaCl的摻雜導(dǎo)致了PEDOT和PSS的相分離，從而提高了電導(dǎo)率和空穴提取能力；② 基本一致的NaCl和MAPbCl3晶格參數(shù)（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作為種子誘導(dǎo)形成了均勻的具有一定（001）取向的鈣鈦礦薄膜。（7）化學(xué)生物傳感器PEDOT/PSS復(fù)合材料作為傳感材料具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可逆，電化學(xué)活性好，生物兼容性好，且能與不同制備方法相結(jié)合，與不同材料共聚復(fù)合等優(yōu)點(diǎn)。該研究能很好的與印刷技術(shù)相兼容，從而實(shí)現(xiàn)和晶體取向可調(diào)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的量產(chǎn)。

傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能由于制備流程復(fù)雜、硬件設(shè)備投資高，使得電池成本高，限制了更大規(guī)模的應(yīng)用。因此，開發(fā)新型低成本太陽(yáng)能電池具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。這種雜化的薄膜提供了多條導(dǎo)電通道，有利于載流子的傳輸和電荷收集，從而增強(qiáng)了器件響應(yīng)的可靠性。選用制備工藝簡(jiǎn)單的新型電荷選擇性材料（PEDOT:PSS（聚(3,4-亞乙二氧基s吩)-聚（b乙烯磺酸））與晶硅基片形成非摻雜的異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池，可以避免摻雜所需要的高溫工藝，有望獲得低成本的硅基異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池。

但是這類異質(zhì)結(jié)電池存在PEDOT:PSS材料本身空穴遷移率低，PEDOT:PSS/硅接觸面性能差，以及硅/金屬電極接觸電阻高等問(wèn)題，限制了電池轉(zhuǎn)換效率的提高。針對(duì)這一些列問(wèn)題，蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院彭尚龍團(tuán)隊(duì)采用PEDOT:PSS材料改性、光吸收改善、硅納米陷光結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑、硅表面鈍化和硅/金屬界面接觸電阻降低等策略，實(shí)現(xiàn)電池轉(zhuǎn)換效率提升和成本降低，取得了一系列研究成果。然后以HNTs/PEDOT為模板,利用導(dǎo)電聚合物PEDOT和KMnO4之間的反應(yīng),將KMnO4還原成MnO2,并且使其成功包覆在HNTs/PEDOT的表面,得到了復(fù)合材料HNTs/PEDOT/MnO2。

通過(guò)滾涂法制備了一種摻雜二甲j亞砜(DMSO)和炭黑的改性PEDOT∶PSS新型對(duì)電極。固定炭黑的加入量,調(diào)節(jié)PEDOT∶PSS與DMSO的比例,用滾涂法制備了不同的薄膜對(duì)電極。通過(guò)四探針測(cè)試儀、掃描電鏡、太陽(yáng)電池測(cè)試儀,分別測(cè)試了薄膜對(duì)電極的方塊電阻、表面形貌及其光電性能。通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)TiO_2納米管和PEDOT∶PSS進(jìn)行表面微觀形貌表征。結(jié)果表明,當(dāng)PEDOT∶PSS溶液與DM-SO的質(zhì)量比為4.5∶1時(shí),制備的對(duì)電極組裝的電池性能,短路電流密度為2.12 mA/cm2,開路電壓為0.64 V;炭黑的加入使電池的光電轉(zhuǎn)化效率從1.02%提高到1.81%。

在這些復(fù)合使用的材料中，導(dǎo)電高分子PEDOT/PSS由于具有與絕大多數(shù)有機(jī)物匹配的功函數(shù)，以及良好的導(dǎo)電性和光透過(guò)率，且可以采用溶液法/印刷工藝制程。然而PEDOT/PSS的導(dǎo)電性能難以滿足OLED等元器件對(duì)透明電極的要求，單獨(dú)作為透明電極使用尚需要長(zhǎng)時(shí) 間的技術(shù)突破。這一方法不僅改善了PEDOT:PSS本身的導(dǎo)電性，同時(shí)通過(guò)其表面分布的NaCl小晶體改善了上層鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量。納米銀線與PEDOT/PSS兩種材料的復(fù)合使用可以將兩種導(dǎo)電材料的性質(zhì)互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，即在保證電導(dǎo)率的同時(shí)，又可以解決能級(jí)匹配的問(wèn)題，同時(shí)PEDOT/PSS也可以用于改善納米銀線材料涂布時(shí)表面的不均勻性，為未來(lái)柔性器件領(lǐng)域大規(guī)模量產(chǎn)透明電極提供了一種新型的解決方案。