分子量，决定PEDOT电导率及有机光伏器件性能？

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近30年来，聚（3,4-乙撑二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）导电聚合物常作为标准空穴传输材料应用于有机光电子器件领域。然而，随着科技发展，PEDOT:PSS较弱导电性、较低功函数和较强酸性等缺陷限制了器件性能的进一步攀升。科研工作者常采用二次掺杂法调控PEDOT:PSS微结构（如：PEDOT醌式构型含量、导电网络连通性、表面高电离电势组分含量）或新型掺杂剂代替PSS功能化PEDOT导电聚合物，以克服上述缺陷。然而，分子量——这一决定PEDOT光电性能的重要参数却未被关注。

图1 本文PEDOT分子量与有机光伏器件性能关系示意图

图2 文献PEDOT分子量与钙钛矿光伏器件性能对比图

在本文中，作者通过调控乳化剂、催化剂用量，制备了五批不同PEDOT分子量的PEDOT:PSS导电聚合物P-UL、P-L、P-M、P-H、P-UH，将其作为空穴传输层组装PBDB-T:ITIC有机光伏器件（如图3所示）。研究发现，随着分子量的增加，PEDOT掺杂度和薄膜相分离程度逐渐增加，导致空穴传输层由近乎绝缘（7.70×10^-7 S cm^-1）向弱电导性（1.14×10^-4 S cm^-1）及高电导性（7.72×10^-4 S cm^-1）转变，器件效率因此实现~0到1.32%及9.91%的跳跃（如图3所示）。随着分子量进一步提高，空穴传输层电导率提升幅度变小，然而其粗糙度增加引起的载流子复合效应逐渐凸显，使得载流子收集效率达到峰值，器件效率达到饱和10.36%。以上结果彰显了PEDOT分子量的重要性，对导电聚合物的改性研究以及机光电器件的性能提升研究具有重要指导意义。

图3 不同PEDOT分子量导电聚合物的制备、光电性质、形貌及有机光伏器件性能谱图

该研究成果以”The importance of the molecular weight of PEDOT hole transporting materials for efficient organic solar cells”为题，并作为内封底文章发表于《Journal of Materials Chemistry C》（DOI: 10.1039/D0TC04372A）。论文的第一作者为武汉工程大学硕士研究生付清瑶，通讯作者为武汉工程大学汪锋教授课题组青年教师李昱达。江汉大学阳仁强教授课题组在有机光伏器件制备与测试上提供了重要帮助。

图3 Insert Back Cover（赤壁之战、铁索连环）

原文链接：

https://doi.org/10.1039/D0TC04372A

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