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  在有機(jī)光電子器件中，高功函和低功函電極分別從半導(dǎo)體層中提�。ɑ蜃⑷耄┛昭�/電子，均是器件中的重要組成部分。相比于高功函數(shù)電極材料，低功函電極材料對(duì)氧氣或者水分敏感，影響了器件的性能及穩(wěn)定性。穩(wěn)定的低功函電極材料仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

  理想的低功函電極材料應(yīng)當(dāng)具有以下性質(zhì)：（1）自身具有較低的功函數(shù)，減少界面層或修飾層的使用，有利于簡(jiǎn)化器件結(jié)構(gòu)及工藝；（2）材料自身具有穩(wěn)定性，且不與器件中其他界面層有物理化學(xué)反應(yīng)；（3）具有較高的電導(dǎo)率，有利于載流子的傳輸。

  近日，華中科技大學(xué)周印華教授課題組通過離子交換策略，開發(fā)了一系列功函數(shù)在4.1-5.0 eV的導(dǎo)電聚合物材料PEDOT:PSS-M（PEDOT:PSS為聚3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸，M為一價(jià)陽離子）。其中PEDOT:PSS-TBA（TBA為四丁基銨）功函數(shù)約為4.1-4.2 eV，通過添加劑乙二醇處理后，電導(dǎo)率約為300 S/cm。該材料在空氣、熱、等離子體以及醇溶劑環(huán)境下均表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性�；赑EDOT:PSS-TBA電子傳輸層的有機(jī)太陽能電池器件表現(xiàn)出與參比器件相當(dāng)?shù)男�，展現(xiàn)了良好的電子提取以及傳輸?shù)哪芰ΑＭ瑫r(shí)在光照144 h后，器件性能仍保持初始性能的83%（參比器件為51%）。

  進(jìn)一步，基于高電導(dǎo)率的hc-PEDOT:PSS-TBA低功函電極，采用全溶液加工工藝制備了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化（三層膜結(jié)構(gòu)：hc-PEDOT:PSS-TBA/有機(jī)活性層/PEDOT:PSS）的有機(jī)太陽能電池器件，表明了所開發(fā)的低功函電極材料PEDOT:PSS-TBA在印刷光電子器件中具有良好的前景，也表明離子交換策略實(shí)現(xiàn)PEDOT:PSS功函調(diào)控的有效性。

圖1. (a)溶液和(b)薄膜狀態(tài)下離子交換示意圖。(c)PEDOT:PSS-M功函數(shù)與陽離子M半徑之間的關(guān)系

圖2. 低功函PEDOT:PSS-TBA在：(a)空氣，(b)等離子體，(c)熱以及(d)醇溶劑環(huán)境下的穩(wěn)定性測(cè)試。PEDOT:PSS/PEI為經(jīng)PEI表面修飾的PEDOT:PSS。

圖3. 基于PEDOT:PSS-TBA電子傳輸層的有機(jī)太陽能電池：(a)器件性能以及(b)光照穩(wěn)定性。(c)基于低功函電極PEDOT:PSS-TBA所制備的三層膜結(jié)構(gòu)的有機(jī)太陽能電池結(jié)構(gòu)及器件性能。

  以上成果發(fā)表在Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater. 2021, 2107250）上。論文第一作者為華中科技大學(xué)光電國家研究中心博士后劉鐵峰，通訊作者為周印華教授。該工作得到了國家自然科學(xué)金委項(xiàng)目和華中科技大學(xué)自主創(chuàng)新基金的資助。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202107250