李美成ACS：穩(wěn)定性提升185.1%！降低PEDOT:PSS薄膜吸濕性，提升硅混合太陽能電池穩(wěn)定性。

發(fā)表時間：2025-11-03 10:11

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主要內(nèi)容

華北電力大學李美成教授帶領(lǐng)其團隊展開深入研究。他們關(guān)注到，聚（3,4 - 乙撐二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT:PSS）憑借自身優(yōu)異的成膜性能以及高導電性，在光電器件領(lǐng)域得到了極為廣泛的應用。然而，聚苯乙烯磺酸鹽（PSS）所具有的吸濕性，卻成為了一個棘手的問題，它會導致器件在儲存過程中性能逐漸退化，嚴重影響器件的使用壽命和性能穩(wěn)定性。

為了攻克這一難題，李美成教授團隊創(chuàng)新性地提出將4 - 叔丁基苯基環(huán)氧乙烷基醚作為反應性改性劑引入PEDOT:PSS體系。他們期望通過這種方式，降低PEDOT:PSS薄膜的吸濕性，從而提升器件的整體性能。在研究過程中，團隊借助13C核磁共振（NMR）譜這一**的分析手段，成功證實了由PSS中磺酸基團的親核進攻所引發(fā)的開環(huán)反應。具體而言，該反應在環(huán)氧基團的碳原子與PSS中磺酸基團的氧原子之間形成了全新的C - O鍵，這一關(guān)鍵變化成功鎖定了吸濕性磺酸基團，進而有效降低了PEDOT:PSS薄膜的吸濕性。

基于上述改性成果，團隊進一步采用改性后的PEDOT:PSS制備了硅雜化太陽能電池。經(jīng)過嚴謹?shù)膶嶒灪蛿?shù)據(jù)分析，研究結(jié)果顯示，在環(huán)境空氣中儲存500小時后，該器件的初始光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）為12.31%，仍能保持初始值的77%。與之形成鮮明對比的是，采用原始PEDOT:PSS的器件在相同條件下僅能保持27%的初始效率，這一數(shù)據(jù)充分證明了改性策略的有效性。

為了更深入地探究改性效果，團隊還針對增強型聚（3,4 - 乙撐二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸鹽）（e - PEDOT:PSS）展開了研究。通過引入4 - 叔丁基苯基環(huán)氧乙烷基醚（tBPGE），團隊再次成功降低了e - PEDOT:PSS的吸濕性。tBPGE在體系中發(fā)生開環(huán)反應，同樣在環(huán)氧基團的碳原子與PSS中磺酸基團的氧原子之間形成C - O鍵，鎖定吸濕性磺酸基團。13C核磁共振（NMR）譜中出現(xiàn)的六個碳原子新化學信號（72.56、71.69、70.39、70.24、70.03和67.87 ppm），為tBPGE的兩種開環(huán)途徑提供了確鑿的證據(jù)。在空氣中儲存500小時后，摻雜tBPGE的e - PEDOT:PSS薄膜表面SiO的峰強度明顯低于未摻雜體系，這從側(cè)面反映了改性對薄膜結(jié)構(gòu)的積極影響。

不僅如此，通過tBPGE摻雜，e - PEDOT:PSS薄膜的電導率得到了顯著提升，達到1802.26 S/cm?；诖?，e - PEDOT:PSS/硅雜化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）達到了12.31%，而未摻雜tBPGE的電池僅為11.26%。在干燥空氣環(huán)境中，摻雜tBPGE的器件穩(wěn)定性相比未摻雜器件提高了57.3%；在環(huán)境空氣中，穩(wěn)定性提升幅度更是高達185.1%，展現(xiàn)出了**的長期穩(wěn)定性。

李美成教授團隊的這項研究意義重大。它不僅提出了一種切實可行的降低PEDOT:PSS吸濕性的策略，有效解決了PEDOT:PSS/硅雜化太陽能電池的穩(wěn)定性問題，更為應對PEDOT:PSS固有的吸濕性挑戰(zhàn)提供了一種具有潛在通用性的解決方案?？梢灶A見，該研究有望為構(gòu)建一系列高性能且穩(wěn)定的基于PEDOT:PSS的光電器件（如鈣鈦礦疊層太陽能電池或有機發(fā)光二極管OLED）提供全新的思路和寶貴的見解，推動光電器件領(lǐng)域朝著更高性能、更穩(wěn)定的方向發(fā)展。