JMCA封面：OLED材料與鈣鈦礦電池完美結合

　　有機—無機憑借其理想的帶隙、較長的載流子擴散長度、高吸光系數、較小的激子分離能等優點在近些年聚集了眾多科研工作者的目光，掀起了在光電領域的研究熱潮。根據NREL效率圖，目前基于正置高溫二氧化鈦結構鈣鈦礦電池的光電轉化效率已經突破了22.1%。倒置P-I-N結構平面鈣鈦礦電池因其更適宜于低溫卷對卷工業化生產，具有很高的商業價值。然而，這種結構電池的光電轉化效率依然落后于正置二氧化鈦結構，其主要原因為載流子傳輸層的傳輸效率較低，表現在器件相對較小的開路電壓(0.95 V)。

　　近日，蘇州大學馮敏強教授課題組在Journal of Materials Chemistry A 報道了一種簡單的摻雜(F4-TCNQ)策略以改良傳統空穴傳輸層PEDOT：PSS的空穴傳輸效率。基于這種策略改性的P-I-N結構的平面鈣鈦礦電池(CH3NH3PbI3-XClx)的光電轉換效率達到17.22%，重要的是器件的開路電壓和短路電流同時有明顯的增加。針對鈣鈦礦薄膜的表面形貌和結晶性表征后，他們發現低濃度的摻雜并未改變鈣鈦礦薄膜的生長機理（如圖1所示）。通過紫外光電子能譜儀測試對摻雜前后PEDOT:PSS薄膜進行表征，發現摻雜后的薄膜功函數有明顯的加深，使其更加匹配鈣鈦礦薄膜的價帶能級，也就更有利于空穴的傳輸。四探針法測試表明，摻雜后的PEDOT:PSS薄膜導電性比未摻雜薄膜的導電性提高了7倍左右，因此載流子在傳輸過程損失的幾率大大減少。此外，因F4-TCNQ的非潮解性，制備后的器件穩定性也有一定程度的提升。

圖1. (a)-(c)分別為器件結構、能級圖以及兩種材料的分子式；(d)和(c)分別為在未摻雜和摻雜后PEDOT:PSS基底上生長的鈣鈦礦薄膜；(f)為鈣鈦礦薄膜在不同基底的XRD衍射圖

圖2. (a)為器件的光伏特性曲線；(b)和(c)為摻雜不同濃度F4-TCNQ的PEDOT:PSS薄膜的電學性質

　　鑒于這種摻雜PEDOT:PSS策略的簡易性，以及PEDOT:PSS當前在有機光電子器件中的廣泛應用，這項工作的意義不僅在對于鈣鈦礦太陽能電池，更是對于有機太陽能電池、有機發光二級管(OLED)、有機熱電器件等有借鑒價值。