呂東方，曹漪玟，宋立新，熊 杰

(浙江理工大學(xué)，a.材料科學(xué)與工程學(xué)院；b.紡織科學(xué)與工程學(xué)院(國(guó)際絲綢學(xué)院)，杭州 310018)

眾所周知，可穿戴電子產(chǎn)品迅猛發(fā)展，推動(dòng)了社會(huì)的智能化和信息化進(jìn)程。而可穿戴電子的供能系統(tǒng)——電池，對(duì)可穿戴電子的設(shè)計(jì)和功能起到了決定性的作用，引起了研究人員的廣泛關(guān)注[1-3]。眾多電源中，新一代太陽(yáng)能電池，如染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-sensitized solar cells,DSSCs)、有機(jī)太陽(yáng)能電池(Organic solar cells, OSCs)、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(Perovskite solar cells, PSCs)，由于優(yōu)越的光電轉(zhuǎn)換性能[4]、低溫制備工藝[5]、易與織物結(jié)合[6]等特點(diǎn)成為研究熱點(diǎn)。尤其是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池發(fā)展最為迅猛，剛性電池的光電轉(zhuǎn)換效率已突破25.5%[7]，柔性電池的效率已經(jīng)超過(guò)21.1%[8]。目前，越來(lái)越多的人致力于柔性太陽(yáng)能電池在可穿戴方面的應(yīng)用研究，解決柔性太陽(yáng)能電池所面臨的一系列問(wèn)題，包括柔性、比功率、便攜性與曲面的兼容性等[9]。

聚(3,4-乙撐二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): polystyrene sulfonic acid, PEDOT：PSS)是一種導(dǎo)電性能極佳的導(dǎo)電高聚物[10]，具備良好的柔韌性，在可穿戴太陽(yáng)能電池領(lǐng)域潛力巨大。本文綜述了近年來(lái)PEDOT:PSS在柔性太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用進(jìn)展，并展望了柔性太陽(yáng)能電池的未來(lái)。

1 PEDOT:PSS導(dǎo)電高聚物

1.1 PEDOT:PSS的結(jié)構(gòu)和基本特性

PEDOT:PSS的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示，聚合物 PEDOT(聚(3,4-乙撐二氧噻吩))本身不溶于水，但可以與PSS(聚苯乙烯磺酸)以靜電絡(luò)合的方式均勻分散于水中[11]，又稱(chēng)為聚電解質(zhì)絡(luò)合物。

圖1 PEDOT:PSS 的化學(xué)結(jié)構(gòu)示意

聚電解質(zhì)絡(luò)合物通常是通過(guò)混合聚陰離子和聚陽(yáng)離子的水溶液來(lái)形成的[12]。以PEDOT:PSS為例，導(dǎo)電聚合物PEDOT與作為反離子的PSS結(jié)合，可以制備出聚電解質(zhì)絡(luò)合物PEDOT:PSS，并形成穩(wěn)定的分散體。PSS是1990年第一種用于PEDOT的聚電解質(zhì)，且分子量分布廣泛，具有多分散性[13-14]，其作為 PEDOT 的反離子總是過(guò)量使用，即作為主體聚電解質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，每三到四個(gè)噻吩環(huán)都只有一個(gè)電荷[15]， PSS的電荷過(guò)量在6～46倍之間，因此標(biāo)準(zhǔn)PEDOT:PSS分散體中噻吩基團(tuán)與磺酸基團(tuán)的摩爾比在1.0∶1.9 至 1.0∶15.2的范圍內(nèi)。由于PEDOT中正電荷的離域化、產(chǎn)生的弱極性基團(tuán)以及與PSS相比電荷間距的不同，可以合理地推測(cè)PEDOT:PSS的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出“炒蛋式”的形式[12]。

PEDOT:PSS絡(luò)合物呈現(xiàn)出一種深藍(lán)色的水溶液，這種絡(luò)合物有著優(yōu)異的電化學(xué)性能[16-17]。具體特性如下:

a)溶液加工：帶負(fù)電荷的PSS和帶正電荷的PEDOT之間通過(guò)庫(kù)侖相互作用結(jié)合而形成PEDOT:PSS，PSS在水中起到分散劑的作用[18-19]。PEDOT:PSS水分散體具有合適黏度時(shí)，通過(guò)溶液加工方法如旋涂、噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷、縫模涂布等形成光滑、均勻的導(dǎo)電膜[20]。

b)透明度高：PEDOT:PSS薄膜(約100 nm)在可見(jiàn)光區(qū)具有較高的光學(xué)透明度(約90%)。這使其可作為透明電極應(yīng)用于光電器件，如光伏、發(fā)光二極管等[21-22]。

c)高且可調(diào)的電導(dǎo)率：優(yōu)化的PEDOT:PSS薄膜電導(dǎo)率最大值可以達(dá)到4000 S/cm 以上[23-24]。此外，通過(guò)改變摻雜水平、PEDOT與分散劑PSS的比例、PEDOT:PSS的形態(tài)，電導(dǎo)率可以在10-4～103S/cm間變化，這使得PEDOT:PSS能夠成為電子器件中的不同功能層。

d)離子電導(dǎo)率：PEDOT:PSS是一種本征混合離子/電子導(dǎo)體[25-26]。受PEDOT:PSS薄膜中多尺度形態(tài)的影響，當(dāng)水合時(shí)，離子傳輸發(fā)生在PSS富集區(qū)。

e)高功函數(shù)：PEDOT載流子濃度高達(dá) 1022 cm-3，屬于高度摻雜。p型摻雜的PEDOT:PSS功函數(shù)(WF)接近其最高占據(jù)分子軌道(HOMO)能級(jí)(約5.0～5.2 eV)[27-28]。該值接近普通共軛聚合物供體和有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦的HOMO能級(jí)。因此，PEDOT:PSS可以作為空穴傳輸層用于有機(jī)太陽(yáng)能電池和有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

f)化學(xué)反應(yīng)改性：在PEDOT:PSS中，PEDOT和PSS都可通過(guò)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行改性。PEDOT處于氧化狀態(tài)，可通過(guò)還原劑(如胺、碘化氫)進(jìn)行化學(xué)還原。PSS中的磺酸基團(tuán)具有很高的質(zhì)子化能力，可以作為化學(xué)交聯(lián)位點(diǎn)[29-30]。

1.2 提升PEDOT:PSS性能的方法

1.2.1 熱處理

PEDOT:PSS薄膜具有良好的熱穩(wěn)定性，可以在100 ℃的空氣中加熱1000 h以上而電導(dǎo)率的變化很小[31]，然而由于PEDOT:PSS是依靠彼此間的靜電吸引而形成的水溶液[32]，其電學(xué)性能強(qiáng)烈依靠自身的形態(tài)與結(jié)構(gòu)，而一定溫度的熱處理又會(huì)影響其形態(tài)與結(jié)構(gòu)[33]，因此熱處理對(duì)PEDOT:PSS電學(xué)性能有著重大影響。早在2003年，Huang等[34]將旋涂好的PEDOT:PSS薄膜分別在空氣和氮?dú)夥諊羞M(jìn)行熱處理，溫度范圍為100～250 ℃，發(fā)現(xiàn)熱處理后的電導(dǎo)率明顯提高。這表明提高溫度進(jìn)行熱處理對(duì)提升PEDOT:PSS電導(dǎo)率有著明顯影響。

1.2.2 摻雜改性

摻雜改性是指將一種物質(zhì)少量地加入到另一主體物質(zhì)當(dāng)中，以獲取更加突出的性能，從而改善主體物質(zhì)的性能。對(duì)于PEDOT:PSS的摻雜其主要目的有兩個(gè)：一是提升電學(xué)性能，二是改善光學(xué)性能。在電學(xué)性能方面，通常是提高PEDOT:PSS的電導(dǎo)率，優(yōu)化其能級(jí)結(jié)構(gòu)，提高功函數(shù)；在光學(xué)性能方面，最多的是增強(qiáng)其光學(xué)透過(guò)率，使其在光電器件上得到更廣泛的應(yīng)用。而不管是哪種目的，其主要機(jī)制為：a)使摻雜物與冗余的絕緣體基團(tuán)PSS進(jìn)行反應(yīng)，使得導(dǎo)電PEDOT聚合物鏈的構(gòu)象發(fā)生轉(zhuǎn)變，鏈與鏈之間的相互作用更加明顯，相分離和重新定向的PEDOT鏈將使電荷躍遷變得更容易，最終導(dǎo)電性顯著提升[35]；b)加入的摻雜物能夠中和一部分PEDOT:PSS的酸性，進(jìn)而提升光電性能[36]；c)加入的摻雜物本身具有良好的光電性能，加入到PEDOT:PSS中能夠起到增強(qiáng)的效果[37-38]。

1.2.3 溶劑后處理

對(duì)PEDOT:PSS進(jìn)行后處理的溶劑一般為有機(jī)溶劑或者是極性溶劑。早在21世紀(jì)初，就有研究人員發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)乙二醇(EG)或者N,N二甲基甲酰胺(DMF)后處理之后的PEDOT:PSS比直接往PEDOT:PSS中加入EG或DMF的電導(dǎo)率提升更多[39]。而后，Kim等[28]在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究，在PEDOT:PSS水溶液中加入二甲基亞砜(DMSO) (或EG)，并進(jìn)行EG后處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)后處理的PEDOT:PSS薄膜電導(dǎo)率又得到了顯著提高。這歸因于經(jīng)過(guò)溶劑后處理后，PEDOT鏈由苯甲酸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轷Y(jié)構(gòu)，這種共振結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變表明PEDOT鏈的構(gòu)象發(fā)生了變化，這種轉(zhuǎn)變有利于電導(dǎo)率的提升[39]。

1.2.4 酸或堿處理

以酸處理為例，對(duì)于PEDOT:PSS酸的處理當(dāng)中常用的是硫酸。2014年，Kim等[40]用濃硫酸后處理PEDOT:PSS獲得了高度有序的結(jié)晶PEDOT:PSS納米纖絲，這是濃H2SO4后處理導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)重排形成的，產(chǎn)生的電導(dǎo)率高達(dá)4380 S/cm。其中涉及到通過(guò)PEDOT:PSS系統(tǒng)中電荷分離過(guò)渡態(tài)的結(jié)構(gòu)重排的機(jī)制，如圖2所示，這可以進(jìn)一步提高基體的導(dǎo)電性能。

圖2 經(jīng)過(guò)濃硫酸處理之后PEDOT:PSS結(jié)構(gòu)重排示意

1.2.5 PEDOT分子量的影響

PEDOT：PSS中的PEDOT分子量水平也能顯著影響其性能。2020年，F(xiàn)u等[41]選擇PEDOT:PSS導(dǎo)電聚合物(采用氧化聚合的方法合成)作為空穴傳輸層用于有機(jī)太陽(yáng)能電池(OSCs)中，研究了PEDOT分子量對(duì)PEDOT:PSS的影響，進(jìn)而研究了其對(duì)OSCs光伏性能的影響。首先探索了催化劑或者乳化劑的用量問(wèn)題，以氧化聚合為基礎(chǔ)，采用簡(jiǎn)單的合成策略(見(jiàn)圖3)，得到5批PEDOT分子量(超低、低、中、高、超高)不同的PEDOT:PSS。通過(guò)一系列表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著PEDOT分子量從超低到中等的增加，PEDOT:PSS的電導(dǎo)率也增加，器件的能量轉(zhuǎn)換效率從0連續(xù)跳升至1.32%和9.91%，器件的短路電流和填充因子都顯著增強(qiáng)；當(dāng)PEDOT分子量進(jìn)一步增加時(shí),器件的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到飽和點(diǎn)10.36%，這被認(rèn)為在很大程度上是由空穴傳輸層的導(dǎo)電性增強(qiáng)和粗糙度增加的綜合效應(yīng)決定的，器件中的空穴收集和載流子復(fù)合損耗之間產(chǎn)生了最佳平衡。

圖3 擁有不同PEDOT分子量的PEDOT:PSS合成路線

1.2.6 其他方法

關(guān)于PEDOT:PSS的優(yōu)化方法還有很多種，如離子液體處理[42]、表面處理[43]、兩性離子處理[44]等，由于這些處理方法現(xiàn)在研究中使用較少此處便不再進(jìn)行機(jī)理的敘述。

2 PEDOT:PSS用作柔性可穿戴太陽(yáng)能電池的電極材料

2.1 柔性染料敏化太陽(yáng)能電池(Flexible Dye-Sensitized Solar Cells, F-DSSCs)

2.1.1 基于PEDOT:PSS透明電極的F-DSSCs

早在2002年，Saito等[46]就報(bào)道了利用簡(jiǎn)單的聚合方法合成PEDOT:PSS作為染料敏化太陽(yáng)能的對(duì)電極。然后他們將溶液采用旋涂的方法旋涂在ITO玻璃上，電化學(xué)測(cè)試表明光電轉(zhuǎn)換效率為2.1%。而這在當(dāng)時(shí)，其能量轉(zhuǎn)換效率(Power conversion efficiency, PCE)與濺射鉑對(duì)電極時(shí)相當(dāng)，由此證明了PEDOT:PSS薄膜作為對(duì)電極的可行性。然而這在后來(lái)的研究中，單純地將PEDOT:PSS用作染料敏化太陽(yáng)能電池的電極所表現(xiàn)出來(lái)的效率值仍然是較低的，為了獲取更加優(yōu)異的性能，科研人員對(duì)PEDOT:PSS進(jìn)行了修飾。

2.1.2 F-DSSCs電極的修飾方法

對(duì)于染料敏化太陽(yáng)能電池，PEDOT:PSS電極的修飾方法有摻雜和溶劑后處理等。

2011年，Sudhagar等[47]發(fā)現(xiàn)由CoS納米顆粒分散在PEDOT:PSS中形成的無(wú)機(jī)/有機(jī)納米復(fù)合電極對(duì)DSSCs中三碘化物的還原起到了一定的催化作用(三碘化物的還原示意如圖4所示)，CoS的存在使得催化活性相比于原來(lái)純的PEDOT:PSS更高效，且擁有更理想的能量轉(zhuǎn)換效率。此外，CoS納米片在低溫下的簡(jiǎn)單制備分散于PEDOT:PSS為使用柔性襯底的對(duì)電極開(kāi)辟了新的途徑。

圖4 三碘化物在PEDOT:PSS電極中的還原

2015年，Ke等[48]通過(guò)用Triton試劑(一種非離子表面活性劑)與PEDOT:PSS進(jìn)行混合作為電池的電極。優(yōu)化后的PEDOT:PSS顯示出 500 S/cm 的電導(dǎo)率、93%的透光率，更重要的是改性后的PEDOT:PSS具有高度透明的性質(zhì)，更有利于雙面光照，不僅滿足了柔性染料敏化太陽(yáng)能電池的需求，也對(duì)電池的效率產(chǎn)生了較大的影響。

2021年，Gemeiner等[49]通過(guò)對(duì)PEDOT:PSS進(jìn)行絲網(wǎng)印刷制備了無(wú)鉑對(duì)電極，并分別通過(guò)3種2次摻雜劑(乙二醇、聚乙二醇和二甲亞砜)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，研究了2次摻雜劑對(duì)PEDOT:PSS性能(包括流變學(xué)及結(jié)構(gòu)性能、電導(dǎo)率和電化學(xué)行為)的影響，以及優(yōu)化后的PEDOT:PSS對(duì)電極對(duì)DSSCs光伏性能的影響。2次摻雜劑的加入提高了制備的PEDOT:PSS的動(dòng)態(tài)黏度，同時(shí)降低了FTO(摻雜氟的二氧化錫)襯底的水接觸角，改善了PEDOT:PSS的潤(rùn)濕性。在方塊電阻測(cè)量中評(píng)估了二次摻雜后的電極電導(dǎo)率，其中摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6% 乙二醇的絲網(wǎng)印刷PEDOT:PSS對(duì)電極的方塊電阻最低為138 Ω/□，電導(dǎo)率最高為91 S/cm，對(duì)三碘化物還原的電化學(xué)活性最佳。最后，用該對(duì)電極構(gòu)筑的DSSCs最大轉(zhuǎn)換效率為3.12%。

除引入摻雜和溶劑后處理外，還有一些研究者從制備方法上入手。如Jdígoras等[50]通過(guò)印刷的方式將PEDOT:PSS印刷在蜂窩狀銀網(wǎng)絡(luò)上用于染料敏化太陽(yáng)能電池的陰極，一方面銀網(wǎng)絡(luò)可以降低與導(dǎo)電涂層之間的電阻，另一方面PEDOT層可以產(chǎn)生高的表面積用于有效的電催化，增加了導(dǎo)電性。與傳統(tǒng)的鉑電極相比，其轉(zhuǎn)換效率相當(dāng)，且所采用的方法簡(jiǎn)便無(wú)毒，成本更低，同時(shí)在柔性方面也取得了不錯(cuò)的效果。

在以上PEDOT:PSS作為DSSCs電極的研究當(dāng)中，已經(jīng)形成了以摻雜為主的研究思路，制備工藝簡(jiǎn)單、無(wú)毒環(huán)保且具有良好的電催化活性，可應(yīng)用于柔性襯底，是開(kāi)發(fā)輕質(zhì)柔性太陽(yáng)能電池新型對(duì)電極的迫切需要，為商業(yè)化的研究開(kāi)辟了新道路。

2.2 柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池(Flexible Organic Solar Cells, F-OSCs)

2.2.1 基于PEDOT：PSS透明電極的F-OSCs

隨著新能源電池的不斷發(fā)展，有機(jī)太陽(yáng)能電池由于制造成本低、工藝簡(jiǎn)單以及易實(shí)現(xiàn)卷對(duì)卷大規(guī)模生產(chǎn)的可能性而受到了廣泛的關(guān)注。然而，通常用作透明電極材料的氧化銦錫(ITO)，其高昂的成本及材料本身的脆性限制了有機(jī)太陽(yáng)能電池的應(yīng)用。因此，人們也不斷優(yōu)化ITO，或者用其他電極來(lái)替換ITO，如導(dǎo)電高聚物PEDOT:PSS等。

2012年，Tait等[51]采用噴涂鑄造的方法制備了高電導(dǎo)率的PEDOT:PSS，形成了用于正置和倒置兩種結(jié)構(gòu)的有機(jī)太陽(yáng)能電池的高柔韌性透明電極。他們分別在玻璃和PET襯底上進(jìn)行電池的制備，然后進(jìn)行了包括拉伸、壓痕和彎曲等力學(xué)測(cè)試，測(cè)試表明使用PEDOT:PSS薄膜和PEDOT:PSS電極所制備出來(lái)的有機(jī)太陽(yáng)能電池比ITO作為基底時(shí)顯示出更強(qiáng)的機(jī)械變形，柔韌性更佳。噴涂這一方法也使得PEDOT:PSS成為的一種不可思量的ITO基底替代品。

然而，這種純PEDOT:PSS制備出來(lái)的電極盡管在制備方法上有所創(chuàng)新，但是純PEDOT:PSS的電導(dǎo)率還是不能夠滿足高效太陽(yáng)能電池的需求，所得的電池能量轉(zhuǎn)換效率也較低。因此，研究人員開(kāi)始在純PEDOT:PSS上進(jìn)行下功夫，力求能夠獲得更適合柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池的柔性透明電極。

2.2.2 PEDOT:PSS作為F-OSCs電極的修飾方法

在柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池當(dāng)中，對(duì)于PEDOT:PSS的處理一般有兩種：溶劑后處理和改變制備方法。而作為電極的修飾方法，常常采用的是溶劑后處理。

2011年，Kim等[28]使用溶劑后處理對(duì)PEDOT:PSS進(jìn)行修飾，并將其用于有機(jī)太陽(yáng)能電池的電極。首先將乙二醇添加到PEDOT:PSS中使其電導(dǎo)率提升到735 S/cm，進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行EG溶劑浴后處理之后， PEDOT:PSS導(dǎo)電率由735 S/cm提升到1418 S/cm。由于PEDOT:PSS顯示出更強(qiáng)的電導(dǎo)率，使得OSCs的能量轉(zhuǎn)換效率提升27%。溶液后處理的方法能顯著提高PEDOT:PSS的電導(dǎo)率歸因于不導(dǎo)電的成分PSS可以從中去除，并在電池組裝過(guò)程中通過(guò)襯底預(yù)熱的方法去除了PEDOT:PSS中的殘余水分，極大提高了太陽(yáng)能電池的性能。

2012年，Vosgueritchian等[52]使用含氟的表面活性劑對(duì)PEDOT:PSS進(jìn)行處理以改善其導(dǎo)電性，隨后將改性后的PEDOT:PSS薄膜沉積在聚二甲基硅氟烷的基板上進(jìn)行彎曲性能測(cè)試顯示出良好的力學(xué)性能，這些襯底能夠承受超過(guò)5000次10%應(yīng)變的拉伸循環(huán)，而單層電阻卻沒(méi)有什么變化。當(dāng)使用多層PEDOT：PSS薄膜作為陽(yáng)極時(shí)，與傳統(tǒng)的有機(jī)光伏ITO玻璃相比顯示出相當(dāng)?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換效率。這一方法也使得PEDOT:PSS在傳統(tǒng)裝置中更換ITO具有了可能性。

2015年，F(xiàn)an等[24]使用甲醇和甲烷磺酸處理PEDOT:PSS后將其涂覆在疏水的柔性基材上，與前述方法類(lèi)似地表現(xiàn)出了高電導(dǎo)率，這主要得益于PSS從薄膜基體中被去除，同時(shí)PEDOT也產(chǎn)生了高度有序的結(jié)晶，并且該方法相比于前述方法能量轉(zhuǎn)換效率也得到了明顯提升，優(yōu)化后的PEDOT:PSS薄膜具有良好的機(jī)械柔韌性。此外，文中使用處理后的PEDOT:PSS薄膜在塑料基板上構(gòu)建了可彎曲無(wú)ITO的有機(jī)太陽(yáng)能電池，不僅表現(xiàn)出與在剛性基板上相近的光電轉(zhuǎn)換效率，而且在大氣環(huán)境中以14 mm的彎曲半徑彎曲100次后仍能保持初始PCE的80%。這項(xiàng)工作為顯著提高 PEDOT:PSS 電極的導(dǎo)電性以及使用柔性電極的高效有機(jī)電子器件的機(jī)械柔韌性提供了一條新途徑。

2021年，Wen等[53]提出了一種獨(dú)特而經(jīng)濟(jì)的三氟甲烷磺酸(CF3SO3H)熏蒸處理方法處理PEDOT:PSS，獲得了高導(dǎo)電性、光滑、均勻、具有柔性的PEDOT:PSS電極。在CF3SO3H熏蒸PEDOT: PSS電極的基礎(chǔ)上制備了倒置的柔性O(shè)SCs，PCE高達(dá)13.62%。此外，柔性O(shè)SCs在充滿惰性氣氛的手套箱中放置30天后保持了約91%的初始效率。這項(xiàng)工作提供了一種獨(dú)特的超酸熏蒸方法，以取代傳統(tǒng)的強(qiáng)酸浸泡處理和苛刻的加工，為基于溶液處理的PEDOT:PSS透明電極的高效、穩(wěn)定的柔性O(shè)SCs提供了一種有前景的應(yīng)用。

以上，不管是采用溶劑后處理的方法還是通過(guò)轉(zhuǎn)換工藝方法，都對(duì)柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。其中，不導(dǎo)電成分PSS的去除顯著提高了PEDOT:PSS電極的電導(dǎo)率，利用柔性電極也為提高高效有機(jī)電子的機(jī)械柔韌性提供了一種新的途徑。高導(dǎo)電性和柔韌性的PEDOT:PSS薄膜可以作為高性能和可彎曲的無(wú)ITO電子器件的一個(gè)重要發(fā)展前景，特別是PEDOT:PSS 在柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池中的使用促進(jìn)了電池的柔性發(fā)展，為商業(yè)化的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2.3 柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(Flexible Perov-skite Solar Cells, F-PSCs)

2.3.1 基于PEDOT:PSS透明導(dǎo)電電極的F-PSCs

PEDOT:PSS可以作為柔性PSCs的透明基底電極和頂層電極。雖然PEDOT:PSS自身的柔性和透明性對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率提升有一定的促進(jìn)的作用，但研究表明，純的PEDOT:PSS導(dǎo)電率仍不能滿足實(shí)際需求[54]。

2015年，Poorkazem等[55]為了提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的柔性，用PEDOT:PSS代替了金屬氧化物作為電極，將器件在曲率半徑為4 mm的圓柱體上彎曲多達(dá)2000次循環(huán)，電極的電阻率相對(duì)于對(duì)比樣只是略有增大，最終顯示出7.6%的能量轉(zhuǎn)換效率。2017年，Vaagensmith等[56]的報(bào)道中，首先向PEDOT:PSS中加入添加劑DMSO:EG (1∶1)，然后將得到的PEDOT:PSS薄膜浸泡到水、乙二醇和乙醇的混合溶液中進(jìn)行后處理，最后進(jìn)行等離子處理，進(jìn)一步降低其方塊電阻，去除了膜中的非導(dǎo)電物質(zhì)PSS從而使得以PEDOT:PSS為透明電極的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池PCE達(dá)到10.5%。

由上可以看出，經(jīng)過(guò)處理之后雖然鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在效率方面有所改善，但是電池的轉(zhuǎn)換效率卻仍然是不夠高的，限制這一參數(shù)的主要因素在于純PEDOT:PSS作為電極的電導(dǎo)率還不夠高。因此，目前的研究工作中需要對(duì)PEDOT:PSS的電導(dǎo)率進(jìn)行優(yōu)化。而限制PEDOT:PSS電導(dǎo)率的主要因素有兩個(gè)：一個(gè)是組分中過(guò)量的絕緣體PSS限制了PEDOT:PSS的導(dǎo)電性；另一個(gè)是PEDOT的結(jié)晶較差，導(dǎo)致整個(gè)體系的結(jié)構(gòu)規(guī)整性較差，進(jìn)而導(dǎo)電性較差。

目前對(duì)PEDOT:PSS電導(dǎo)率最常用的改善方法有：加入添加劑修飾處理、薄膜后處理、酸后處理等，而作為F-PSCs的電極使用時(shí)應(yīng)用最為廣泛的方法是通過(guò)加入添加劑進(jìn)行修飾處理和薄膜的后處理。

2.3.2 F-PSCs電極的修飾方法

PEDOT:PSS作為F-PSCs的電極時(shí)，常用摻雜和后處理等方式來(lái)進(jìn)行修飾。

2018年，Jin等[57]開(kāi)發(fā)了一種柔性電極，通過(guò)在無(wú)色聚酰亞胺涂層的Norland光學(xué)黏合劑63襯底上引入納米厚度金屬網(wǎng)格(Cr/Au)和摻雜乙二醇(EG)的PEDOT:PSS復(fù)合物，在保持其可應(yīng)用于實(shí)際器件的性能的同時(shí)，表現(xiàn)出優(yōu)異的熱和酸性溶液處理性能。用該柔性電極構(gòu)筑的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中(見(jiàn)圖5)，在彎曲半徑為1.5 mm的情況下，即使經(jīng)過(guò)2000次反復(fù)彎曲，F(xiàn)-PSCs的性能也只有很小的下降。

圖5 柔性電極用于鈣鈦礦光電器件(太陽(yáng)能電池和LED)的制作原理

Xie等[58]也采用了類(lèi)似的方法對(duì)PEDOT:PSS進(jìn)行修飾，通過(guò)在17 μm厚的PET基板上噴墨印刷Ag納米線(Ag NWs)網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)發(fā)了超薄透明導(dǎo)電電極。他們?cè)谟冒焙途勖褋啺?PEI)改性的高導(dǎo)電性PEDOT:PSS層修飾Ag NWs之后，制造了超柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，PEDOT:PSS的加入使得鈣鈦礦的表面變得光滑，同時(shí)鈍化了銀與鈣鈦礦的界面化學(xué)反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)換效率達(dá)13.32%。

以上都是對(duì)PEDOT:PSS進(jìn)行添加劑摻雜或修飾直接應(yīng)用于柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電極上，在電池效率以及機(jī)械穩(wěn)定性上都取得了不錯(cuò)的效果。還有科研人員通過(guò)薄膜后處理等技術(shù)也同樣改善了PEDOT:PSS的電導(dǎo)率。

Sun等[59]通過(guò)對(duì)高透明、高導(dǎo)電的PEDOT:PSS薄膜作為F-PSCs的透明電極進(jìn)行了研究，他們用甲磺酸(MSA)對(duì)PEDOT:PSS進(jìn)行處理，F(xiàn)-PSCs 的最佳能量轉(zhuǎn)換效率超過(guò)了8%，在彎曲試驗(yàn)中，以PET為基底的F-PSCs 可以承受2 mm的小彎曲半徑，并在空氣中反復(fù)彎曲2 000次后保持了超過(guò)50%的初始PCE，表現(xiàn)出較好的力學(xué)柔性。

Ma等[60]以PEDOT:PSS為電極，用六亞甲基二胺二碘化物(HDADI2)對(duì)其進(jìn)行改性，以改善其物理和電學(xué)性能，然后將其用于疊層鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(S-PSCs)當(dāng)中。HDADI2改性的PEDOT:PSS的表面變得粗糙并具有更高的粘附性，這使得光陽(yáng)極和對(duì)電極能夠充分連接。此外，HDADI2修飾的PEDOT:PSS的能級(jí)結(jié)構(gòu)與相鄰功能層的能級(jí)結(jié)構(gòu)匹配更好，因此S-PSCs的性能得到了顯著提高。在1 cm2的光照面積下，太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)15.21%。另外，S-PSCs可以靈活地拆卸和組裝，并可重復(fù)拆卸500次，PCE幾乎沒(méi)有變化，這對(duì)電池維護(hù)和模塊化生產(chǎn)有積極的影響。以上研究都對(duì)柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池進(jìn)行了彎曲實(shí)驗(yàn)，在彎曲之后性能并無(wú)明顯的下降，尤其在疊層鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的應(yīng)用當(dāng)中，經(jīng)過(guò)HDADI2修飾之后的PEDOT:PSS在作為電極使用時(shí)，其性能表現(xiàn)得更加突出，這是因?yàn)镻EDOT:PSS分子中的一些磺酸基團(tuán)與HDAD2+離子發(fā)生了反應(yīng)，水接觸角顯示從57.5°增加到73.5°，表明改性后的PEDOT:PSS膜比原始膜更疏水，而疏水性有利于提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性。

綜上所述，利用PEDOT:PSS所開(kāi)發(fā)的柔性電極在實(shí)際應(yīng)用中能夠保證器件的穩(wěn)定性能，為柔性鈣鈦礦的光電應(yīng)用提供了更好的加工性能和廣泛的材料選擇，同時(shí)采用摻雜或者后處理等方式對(duì)PEDOT:PSS進(jìn)一步修飾后，作為常規(guī)電極其電導(dǎo)率進(jìn)一步提升，作為頂電極時(shí)其在光學(xué)透過(guò)率上也進(jìn)一步加強(qiáng)，這使得電池器件的性能在測(cè)試過(guò)程中能夠保證較高的能量轉(zhuǎn)換效率。在柔性方面，相比于傳統(tǒng)的貴金屬電極或ITO電極所構(gòu)筑的電池器件，采用修飾后的PEDOT:PSS構(gòu)筑的器件在彎曲成百上千次后仍然能夠保持與初始效率相當(dāng)?shù)乃?，這為開(kāi)發(fā)高效、穩(wěn)定的柔性光電器件提供了新思路。

2.4 PEDOT:PSS電極的未來(lái)發(fā)展?jié)摿?/h3>

PEDOT:PSS作為透明電極的使用已經(jīng)逐漸彰顯其優(yōu)勢(shì)，其具備的高且可調(diào)的電導(dǎo)率將使得其未來(lái)的發(fā)展仍具潛力。隨著將來(lái)研究的進(jìn)一步發(fā)展，絕緣區(qū)PSS含量的降低，PEDOT:PSS的電導(dǎo)率還將大幅度提升，這也是目前較為行之有效的方法之一，除上文還提到的一些提高電導(dǎo)率的方法，期待有更好的方案應(yīng)用在電極的改善工作當(dāng)中，為更多太陽(yáng)能電池的柔性和穩(wěn)定性等相關(guān)性能發(fā)展提升做出貢獻(xiàn)。

3 PEDOT:PSS用作柔性太陽(yáng)能電池的空穴傳輸層

3.1 PEDOT:PSS用于F-OSCs的空穴傳輸層

3.1.1 基于PEDOT:PSS的空穴傳輸層

在F-OSCs中，空穴傳輸層的作用包括如下幾個(gè)部分：一是調(diào)控并穩(wěn)定陽(yáng)極與活性層之間的能級(jí)匹配，降低界面能壘，提高電池的能量轉(zhuǎn)換效率[61]；二是使電極與活性層之間形成良好的歐姆接觸，降低串聯(lián)電阻，提高短路電流，同時(shí), 能夠選擇性地收集空穴并有效阻隔電子，避免載流子的復(fù)合[62]；三是使正極表面平滑，提高器件的穩(wěn)定性，從而提高電池壽命，并在活性層的形貌和光吸收上進(jìn)行調(diào)控，提高電池的能量轉(zhuǎn)換效率[63]。

與其他光伏電池相比，F(xiàn)-OSCs具有重量輕、機(jī)械柔性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)潛在的可再生能源。對(duì)于有機(jī)太陽(yáng)能電池的空穴傳輸層材料而言，一般可以分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩大類(lèi)[64]。其中無(wú)機(jī)材料最常用的是P型過(guò)渡金屬氧化物，但其由于成本較高及不適用于大規(guī)模生產(chǎn)而漸漸淡化出了研究人員的視線，而最常用的有機(jī)材料——PEDOT:PSS則很好地彌補(bǔ)了這方面的缺陷。PEDOT:PSS作為OSCs的空穴傳輸層具有很廣泛的優(yōu)點(diǎn)，其具備的可溶液加工特性使得其能夠適用于大規(guī)模生產(chǎn)，并且在平滑電極界面、提取空穴等方面性能表現(xiàn)極佳。但是PEDOT:PSS由于具有較強(qiáng)的酸性對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池具有一定的腐蝕性，從而導(dǎo)致了電池的效率不高。

2016年，Zhang等[65]采用PEDOT:PSS作為空穴傳輸層并構(gòu)建了傳統(tǒng)串聯(lián)有機(jī)太陽(yáng)能電池的連接層，與單節(jié)電池相比效率提升了約30%，隨后又進(jìn)一步在塑料襯底上制作了器件，并成功地展示了可伸縮的串聯(lián)有機(jī)太陽(yáng)能電池，能量轉(zhuǎn)換效率超過(guò)10%。該研究顯示了PEDOT:PSS在作為空穴傳輸層時(shí)所具備的優(yōu)良性能，彰顯了其高導(dǎo)電性能和機(jī)械柔性。然而在能量轉(zhuǎn)換效率方面卻極大拉低了電池的性能，不能作為未來(lái)新能源電池的首選。

因此，一方面近年來(lái)科學(xué)家們一直在努力開(kāi)發(fā)新型的空穴傳輸層材料，另一方面也在積極地尋求PEDOT:PSS作為空穴傳輸層材料性能的改善方法。為了實(shí)現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，在能量轉(zhuǎn)換效率上取得進(jìn)一步的突破，本節(jié)介紹了PEDOT:PSS近年來(lái)作為更高效的空穴傳輸層材料取得的進(jìn)展。

3.1.2 PEDOT:PSS空穴傳輸層的后處理

與電極的后處理類(lèi)似，經(jīng)過(guò)溶劑或者溶液處理后的PEDOT:PSS往往能顯示出更加優(yōu)異的性能，不同的是在與各式各樣的電池制備方法相結(jié)合后能夠更具特色，也更加具有針對(duì)性地提高相應(yīng)的性能。

2015年，Lin等[66]報(bào)道了一種采用溶液處理空穴傳輸層和低溫處理活性層的柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池，他們用V2O5/PEDOT:PSS作為空穴傳輸層，并對(duì)溶液處理的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)V2O5/PEDOT:PSS堆疊的空穴傳輸層不僅達(dá)到了傳導(dǎo)空穴的作用，還使得涂覆的PCBM(一種富勒烯衍生物，在電池中作為電子傳輸層)膜層表面更加光滑，也增加了電荷的傳輸能力，測(cè)試表明電流密度和能量轉(zhuǎn)換效率皆有顯著提升，顯示出了這項(xiàng)工作的研究意義所在。

2020年，Castro等[67]在環(huán)境條件下，在柔性無(wú)ITO基底上使用槽模涂布P3HT:O-IDTBR(一種高聚物)的方法制備了有機(jī)太陽(yáng)能電池，并發(fā)現(xiàn)用異丙醇稀釋PEDOT:PSS之后作為空穴傳輸層涂覆在活性層上時(shí)，活性層的光學(xué)帶隙發(fā)生了變化，器件性能得到提高，通過(guò)輥壓加工在大面積制造方面更具優(yōu)勢(shì)，這與PEDOT:PSS良好的力學(xué)柔性密不可分，當(dāng)使用Ag作為背電極時(shí)，效率可以達(dá)到更高。

3.1.3 PEDOT:PSS空穴傳輸層的摻雜

對(duì)空穴傳輸層材料進(jìn)行摻雜，一方面可以降低PEDOT:PSS的酸性，另一方面可以提高PEDOT:PSS的電化學(xué)及光學(xué)性能。2014年，Hoon等[36]在濃度為0.5%的PEDOT:PSS層中添加CuO納米粒子，提高了有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能。CuO納米顆粒摻雜的PEDOT:PSS薄膜具有良好的電學(xué)性能(4.131 Ω·cm)和光學(xué)性能(透過(guò)率90%)，可用作空穴傳輸層。研究中發(fā)現(xiàn)有機(jī)太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率比純PEDOT:PSS作為空穴傳輸層時(shí)，能量轉(zhuǎn)換效率提高了1.94%。

從電化學(xué)性能方面考慮，以上方法并沒(méi)有關(guān)注到PEDOT:PSS中冗余的不導(dǎo)電基團(tuán)——PSS中的磺酸基團(tuán)。2020年，Zeng等[68]通過(guò)用多巴胺鹽酸鹽(DA·HCl)摻雜PEDOT:PSS來(lái)制備PEDOT:PSS-DA，多巴胺鹽酸鹽可以與PSS中的多余磺酸反應(yīng)(見(jiàn)圖6)。與PEDOT:PSS相比，PEDOT:PSS-DA膜表現(xiàn)出更高的功函數(shù)和電導(dǎo)率，同時(shí)基于PEDOT:PSS-DA的電池器件顯示出16.55%的能量轉(zhuǎn)換效率。這項(xiàng)工作表明，用各種氨基衍生物摻雜PEDOT:PSS是一種提高PEDOT:PSS在有機(jī)電子器件中性能的潛在有效策略，它表現(xiàn)出的高兼容性和對(duì)器件性能的促進(jìn)性仍然值得深入研究，相信將來(lái)它的應(yīng)用將不僅僅局限于有機(jī)太陽(yáng)能電池當(dāng)中，而是向著更高效的新能源電池發(fā)展，成為新一代高性能“摻雜劑”。

圖6 鹽酸多巴胺摻雜后PEDOT:PSS-DA薄膜的示意性自組裝過(guò)程

目前，PEDOT:PSS已經(jīng)被證明可以非常有效地提取空穴，且適合與柔性襯底結(jié)合，是構(gòu)筑柔性O(shè)SCs非常重要的一種空穴傳輸材料。在當(dāng)下的研究中，針對(duì)PEDOT:PSS空穴傳輸層還存在的一些不足已經(jīng)形成了多種改性方法，如：后處理、摻雜及分子量的優(yōu)化等。在這些方法當(dāng)中，中和了PEDOT:PSS較強(qiáng)的酸性，有效提升了其電導(dǎo)率和空穴提取能力，同時(shí)也證明了PEDOT:PSS在機(jī)械柔性方面所具有的優(yōu)異性能，在未來(lái)的發(fā)展中有著不可或缺的地位。

3.2 PEDOT:PSS用作F-PSCs的空穴傳輸層

3.2.1 基于PEDOT:PSS的空穴傳輸層

在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，空穴傳輸層的作用是提取鈣鈦礦層產(chǎn)生的光生空穴，并阻擋光生電子。有效的空穴收集對(duì)避免復(fù)合是必不可少的，從而保證器件的優(yōu)越性能[69]。目前，PEDOT:PSS由于具有與鈣鈦礦匹配的能級(jí)和合適的電導(dǎo)率、能夠在低溫下進(jìn)行簡(jiǎn)單制備[70]，而被廣泛使用，是最常用的空穴傳輸層材料之一。PEDOT:PSS作為空穴傳輸層常用于倒置的p-i-n型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

2018年，Hu等[71]探究了PEDOT:PSS對(duì)倒置平面鈣鈦礦太陽(yáng)電池中空穴的有效提取和傳輸所起的關(guān)鍵作用。他們通過(guò)簡(jiǎn)單的水洗方法，沖去了所旋涂的大部分PEDOT:PSS，但是表層超薄的PEDOT:PSS可以通過(guò)PSS鏈與ITO之間的In—O—S化學(xué)鍵牢固地附著在ITO玻璃表面，因此在表面形成了單分子層的PEDOT:PSS薄膜。由于庫(kù)侖力的相互作用，使得PEDOT和PSS可以形成雙層結(jié)構(gòu)，這種排列方式可以產(chǎn)生從帶正電的PEDOT到帶負(fù)電的PSS的定向電場(chǎng)，從而加速空穴提取過(guò)程。并且PEDOT：PSS單分子膜的定向排列提供了更高的功函數(shù)和更強(qiáng)的疏水性，從而提高了F-PSCs的開(kāi)路電壓和在環(huán)境中的穩(wěn)定性，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率也從13.4%提高到18.0%。通過(guò)優(yōu)化傳統(tǒng)的功能層，鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的效率仍有提高的空間。

除此之外，為更好地提升F-PSCs的應(yīng)用，研究者還通過(guò)不斷改進(jìn)制備工藝、進(jìn)行摻雜改性、改變PEDOT分子量等方法來(lái)提升PEDOT:PSS空穴傳輸層的光電性能進(jìn)而提高F-PSCs的整體性能。

3.2.2 PEDOT:PSS空穴傳輸層制備工藝的改進(jìn)

高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率與很多因素有關(guān)。PEDOT:PSS作為空穴傳輸層的制備工藝不同，往往也會(huì)對(duì)鈣鈦礦薄膜的形貌以及器件的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

制備PEDOT:PSS空穴傳輸層通常采用旋涂法。2019年，Chen等[72]提出了一種冷凍控制準(zhǔn)凝固旋涂策略，進(jìn)一步提高PEDOT:PSS作為空穴傳輸層的高電導(dǎo)率、優(yōu)異的防潮性和再現(xiàn)性。凝固的表面和增強(qiáng)的溶劑與PSS鏈之間的氫鍵能有效地抑制旋涂過(guò)程中的水分腐蝕。此外，由于PEDOT:PSS顆粒的均勻性以及旋涂過(guò)程中誘導(dǎo)的楊氏模量促進(jìn)了更大的助溶劑效應(yīng)，PEDOT:PSS的電導(dǎo)率進(jìn)一步提高，即使在高濕度的環(huán)境中制作，也可以獲得相當(dāng)光滑均勻的高導(dǎo)電性薄膜。而且，這種光滑、鈍化的PEDOT:PSS能夠促進(jìn)鈣鈦礦的高度結(jié)晶和兩者之間更好的界面接觸，這不僅提高了PSCs的效率，而且大大提高了PSCs的反復(fù)機(jī)械變形穩(wěn)定性，在進(jìn)行20次的彎曲實(shí)驗(yàn)之后仍保持了良好的PCE。結(jié)果表明，柔性PSCs的能量轉(zhuǎn)換效率提高到15.13%，與傳統(tǒng)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相比，器件的能量轉(zhuǎn)換效率提高約14%。

3.2.3 PEDOT:PSS作為F-PSCs空穴傳輸層的摻雜

與OSCs中PEDOT:PSS摻雜不同的是，PSCs中PEDOT:PSS的摻雜不僅是單一的改性空穴傳輸層，而且能夠作用于鈣鈦礦層，如通過(guò)一些納米顆粒摻雜改性PEDOT:PSS之后，納米顆粒可以為鈣鈦礦晶體提供生長(zhǎng)點(diǎn)，使鈣鈦礦晶體顆粒更大，從而有助于空穴的傳輸，降低載流子的復(fù)合率[73]。

對(duì)于PSCs中PEDOT:PSS的摻雜改性來(lái)說(shuō)，一般是提高其電導(dǎo)率、空穴傳輸能力和功函數(shù)。

2015年，Qian等[37]通過(guò)Ag納米顆粒摻雜PEDOT:PSS，銀納米粒子在PEDOT:PSS中的分布使得PEDOT:PSS-Ag納米粒子復(fù)合膜電學(xué)性能的大大改善，有效提高了空穴的攝取能力，同時(shí)Ag納米粒子的存在為鈣鈦礦的結(jié)晶提供了成核位點(diǎn)，起到了成核劑的作用，促進(jìn)了鈣鈦礦的結(jié)晶生長(zhǎng)，電池的短路電流也隨著摻雜濃度增加而獲得了提升。

與此類(lèi)似，2018年，Yu等[38]使用氧化石墨烯(GO)摻雜PEDOT:PSS(形成復(fù)合膜PEDOT:GO)作為PSCs的空穴傳輸層，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)合膜不僅表現(xiàn)出了更高的功函數(shù)和電導(dǎo)率，降低了與鈣鈦礦之間的接觸勢(shì)壘，同時(shí)摻雜的GO層對(duì)鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶也起到了促進(jìn)作用，抑制了電流泄漏，這些結(jié)果都直接改善了器件中的電荷載流子的提取和開(kāi)路電壓的提升，最終顯示出18.09%的能量轉(zhuǎn)換效率，經(jīng)過(guò)25 天的測(cè)試器件顯示出較強(qiáng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

2021年，Hu等[74]將雙(乙酰丙酮)二氧化鉬 (BADM)作為一種有效的摻雜劑引入到PEDOT:PSS中用于制備平面PSCs。結(jié)果表明，采用BADM對(duì)PEDOT:PSS進(jìn)行修飾后，PCE由14.26%提高到17.11%，這主要是由于填充因子和短路電流密度的增加。不僅如此，BADM的摻雜有利于增強(qiáng)鈣鈦礦在柔性基體中的延展性，當(dāng)輕微彎曲時(shí)，幾乎沒(méi)有裂紋。

綜合以上分析，柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池正處于一種蓬勃發(fā)展的階段，人們對(duì)PEDOT:PSS作為空穴傳輸層的關(guān)注度并不亞于其作為電極，并在優(yōu)化其空穴提取的同時(shí)注重對(duì)鈣鈦礦薄膜結(jié)晶性等的影響，通過(guò)以摻雜為主的改性方法使得PEDOT:PSS與鈣鈦礦之間的能級(jí)更加匹配，提升載流子的遷移率與空穴提取能力，顯著提高了PSCs的效率，并通過(guò)制備工藝的優(yōu)化在穩(wěn)定性與機(jī)械柔韌性方面也很好地做了權(quán)衡，使得柔性可穿戴PSCs成為了一種可能。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

本文綜述了近年來(lái)PEDOT:PSS分別作為電極、空穴傳輸層等在不同的柔性太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用和發(fā)展情況，總結(jié)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行展望。現(xiàn)在研究人員針對(duì)存在的問(wèn)題已經(jīng)做出了很多的努力，人們對(duì)柔性電池的電極材料進(jìn)行不斷地改進(jìn)、優(yōu)化，如摻雜、后處理等進(jìn)行修飾，對(duì)空穴傳輸層也采取了不同程度的摻雜改性與修飾，在PEDOT:PSS的分子量及冗余基團(tuán)PSS上下功夫，甚至想方設(shè)法開(kāi)發(fā)新的制備工藝以獲得更好的器件性能。在這些解決辦法中，也切切實(shí)實(shí)地為太陽(yáng)能電池的發(fā)展做出了不可替代的貢獻(xiàn)，意義深遠(yuǎn)。

作為新能源電池的后起之秀，新一代太陽(yáng)能電池在短期內(nèi)取得了重大突破，現(xiàn)在仍然是研究中的熱門(mén)。隨著研究的不斷深入，電池的效率與穩(wěn)定性也在不斷地被提升，同時(shí)隨之而來(lái)的問(wèn)題與考驗(yàn)也越來(lái)越多，為了滿足人們對(duì)柔性可穿戴電子產(chǎn)品的需求，科研人員在新一代太陽(yáng)能電池的柔性相關(guān)問(wèn)題上也下足了功夫。對(duì)于太陽(yáng)能電池來(lái)講，制備出高柔性太陽(yáng)能電池要解決的首要問(wèn)題有兩個(gè)：一是如何制備出高效率、高柔韌性的電池器件；二是在高效率、高柔韌性的同時(shí)如何提升電池的穩(wěn)定性。這也為未來(lái)柔性電池的發(fā)展提供了方向。

在新一代太陽(yáng)能電池未來(lái)的發(fā)展中，為了滿足商業(yè)應(yīng)用的需求，在相關(guān)性能方面，如能量轉(zhuǎn)換效率、機(jī)械柔韌性等方面仍然是攻克的要點(diǎn)，尤其是二者的協(xié)同性發(fā)展問(wèn)題，即效率與柔韌性要二者兼得。同時(shí)，在未來(lái)的發(fā)展當(dāng)中，關(guān)于大面積的柔性太陽(yáng)能電池的效率問(wèn)題也是實(shí)現(xiàn)商業(yè)化需要跨越的一道門(mén)檻。相信未來(lái)隨著廣大研究人員的齊心協(xié)力、共同奮斗，柔性太陽(yáng)能電池一定會(huì)早日實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，并以一種更加優(yōu)異的電池性能、低廉的價(jià)格成本呈現(xiàn)于市場(chǎng)，成為未來(lái)清潔能源的主導(dǎo)，造福人類(lèi)。