李美成ACS：稳定性提升185.1%！降低PEDOT:PSS薄膜吸湿性，提升硅混合太阳能电池稳定性。

主要内容

华北电力大学李美成教授带领其团队展开深入研究。他们关注到，聚（3,4 - 乙撑二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）凭借自身优异的成膜性能以及高导电性，在光电器件领域得到了极为广泛的应用。然而，聚苯乙烯磺酸盐（PSS）所具有的吸湿性，却成为了一个棘手的问题，它会导致器件在储存过程中性能逐渐退化，严重影响器件的使用寿命和性能稳定性。

为了攻克这一难题，李美成教授团队创新性地提出将4 - 叔丁基苯基环氧乙烷基醚作为反应性改性剂引入PEDOT:PSS体系。他们期望通过这种方式，降低PEDOT:PSS薄膜的吸湿性，从而提升器件的整体性能。在研究过程中，团队借助13C核磁共振（NMR）谱这一**的分析手段，成功证实了由PSS中磺酸基团的亲核进攻所引发的开环反应。具体而言，该反应在环氧基团的碳原子与PSS中磺酸基团的氧原子之间形成了全新的C - O键，这一关键变化成功锁定了吸湿性磺酸基团，进而有效降低了PEDOT:PSS薄膜的吸湿性。

基于上述改性成果，团队进一步采用改性后的PEDOT:PSS制备了硅杂化太阳能电池。经过严谨的实验和数据分析，研究结果显示，在环境空气中储存500小时后，该器件的初始光电转换效率（PCE）为12.31%，仍能保持初始值的77%。与之形成鲜明对比的是，采用原始PEDOT:PSS的器件在相同条件下仅能保持27%的初始效率，这一数据充分证明了改性策略的有效性。

为了更深入地探究改性效果，团队还针对增强型聚（3,4 - 乙撑二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐）（e - PEDOT:PSS）展开了研究。通过引入4 - 叔丁基苯基环氧乙烷基醚（tBPGE），团队再次成功降低了e - PEDOT:PSS的吸湿性。tBPGE在体系中发生开环反应，同样在环氧基团的碳原子与PSS中磺酸基团的氧原子之间形成C - O键，锁定吸湿性磺酸基团。13C核磁共振（NMR）谱中出现的六个碳原子新化学信号（72.56、71.69、70.39、70.24、70.03和67.87 ppm），为tBPGE的两种开环途径提供了确凿的证据。在空气中储存500小时后，掺杂tBPGE的e - PEDOT:PSS薄膜表面SiO的峰强度明显低于未掺杂体系，这从侧面反映了改性对薄膜结构的积极影响。

不仅如此，通过tBPGE掺杂，e - PEDOT:PSS薄膜的电导率得到了显著提升，达到1802.26 S/cm。基于此，e - PEDOT:PSS/硅杂化太阳能电池的光电转换效率（PCE）达到了12.31%，而未掺杂tBPGE的电池仅为11.26%。在干燥空气环境中，掺杂tBPGE的器件稳定性相比未掺杂器件提高了57.3%；在环境空气中，稳定性提升幅度更是高达185.1%，展现出了**的长期稳定性。

李美成教授团队的这项研究意义重大。它不仅提出了一种切实可行的降低PEDOT:PSS吸湿性的策略，有效解决了PEDOT:PSS/硅杂化太阳能电池的稳定性问题，更为应对PEDOT:PSS固有的吸湿性挑战提供了一种具有潜在通用性的解决方案。可以预见，该研究有望为构建一系列高性能且稳定的基于PEDOT:PSS的光电器件（如钙钛矿叠层太阳能电池或有机发光二极管OLED）提供全新的思路和宝贵的见解，推动光电器件领域朝着更高性能、更稳定的方向发展。

文献信息

Through Ring-Opening Reactions To Weaken the Hygroscopicity of PEDOT:PSS Films with Improved Stability of Silicon Hybrid Solar Cells

Yuzhou LiuQi、GengZhe Wang、Zhen Liu、Zhongliang Gao、Xin Sun、Yingfeng Li、Meicheng Li

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c14719

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