华南理工大学黄飞教授课题组采用含不同对离子的2,2,6,6-四甲基氧杂哌啶鎓盐对传统导电高分子聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)进行二次掺杂，在提高其导电率的同时实现对其功函及表面能的多维度调控。采用该种掺杂方法的PEDOT:PSS作为空穴传输层能够降低有机光伏器件界面处的电荷转移阻抗，提高有机光伏器件的效率。

  聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩):聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）具有可见光区透明度高，机械稳定性好，低温溶液加工，电导率高等优点，在有机光伏等有机电子器件领域展现出巨大的应用潜力。通过对PEDOT:PSS进行二次掺杂可以进一步提高其性能，获得更优异的电子器件性能。然而，目前大部分二次掺杂方法大多着重于PEDOT:PSS电导率的提高，而对其它表面性质（如功函、表面能等）的调节以及其对有机电子器件性能的影响关注较少。因此，发展简单、高效的二次掺杂手段，对调节PEDOT:PSS的多种性质以及拓宽其应用具有重要的意义。

  最近，华南理工大学的黄飞教授课题组采用含不同对离子的2,2,6,6-四甲基氧杂哌啶鎓盐（Oxoammonium）作为掺杂剂，在提高PEDOT:PSS导电率的同时，还有效调控了PEDOT:PSS薄膜的功函和表面能，掺杂后的PEDOT:PSS作为空穴传输层能够制备高效的有机光伏器件（图1）。

图1  (a) 2,2,6,6-四甲基氧杂哌啶鎓盐的化学结构及掺杂机理；(b) 二次掺杂后PEDOT:PSS的ESR谱图；(c)二次掺杂后PEDOT:PSS的FT-IR谱图；(d) 基于二次掺杂后PEDOT:PSS的有机太阳电池EIS谱图.

  研究发现，氧杂哌啶鎓盐可以与PEDOT:PSS之间发生电荷转移反应，进一步提高PEDOT:PSS的自由载流子浓度。同时，掺杂剂在电荷转移掺杂过程后的终产物2,2,6,6-四甲基氧杂哌啶具有较低的升华温度（~42℃），可以通过加热完全除去，不会影响PEDOT:PSS薄膜的纯度与形貌。不仅如此，研究发现通过更换氧杂哌啶鎓盐的对离子可以实现对PEDOT:PSS表面性质的调节。最终，氧杂哌啶鎓盐掺杂剂可以在提高PEDOT:PSS电导率的同时，实现对其功函（4.95~5.36 eV）和表面能（49.4~72 mN m^?1）的大范围调节。此外，该种掺杂策略还能够实现其他共轭聚合物（如P3HT）的有效掺杂，调控其薄膜电导率以及功函等表面特性。作者以PM6（给体）和Y6（受体）作为活性层，掺杂后的PEDOT:PSS作为空穴传输层制备了有机光伏器件，其最高效率超过了16%（V_oc = 0.82 V，J_sc = 27.18 mA cm^?2，FF = 72.59%）。研究表明，氧杂哌啶鎓盐掺杂的PEDOT:PSS能有效调节有机太阳电池器件中界面处的电荷转移阻抗（RCT），提高有机光伏器件的效率。 

  近日，该成果以“Oxoammonium enabled secondary doping of hole transporting material PEDOT:PSS for high-performance organic solar cells”为题，在线发表于Science China Chemistry (DOI: 10.1007/s11426-020-9729-y)。

  论文链接：https://doi.org/10.1007/s11426-020-9729-y