在有机光电子器件中，高功函和低功函电极分别从半导体层中提取（或注入）空穴/电子，均是器件中的重要组成部分。相比于高功函数电极材料，低功函电极材料对氧气或者水分敏感，影响了器件的性能及稳定性。稳定的低功函电极材料仍然是一个挑战。

  理想的低功函电极材料应当具有以下性质：（1）自身具有较低的功函数，减少界面层或修饰层的使用，有利于简化器件结构及工艺；（2）材料自身具有稳定性，且不与器件中其他界面层有物理化学反应；（3）具有较高的电导率，有利于载流子的传输。

  近日，华中科技大学周印华教授课题组通过离子交换策略，开发了一系列功函数在4.1-5.0 eV的导电聚合物材料PEDOT:PSS-M（PEDOT:PSS为聚3，4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸，M为一价阳离子）。其中PEDOT:PSS-TBA（TBA为四丁基铵）功函数约为4.1-4.2 eV，通过添加剂乙二醇处理后，电导率约为300 S/cm。该材料在空气、热、等离子体以及醇溶剂环境下均表现出优异的稳定性。基于PEDOT:PSS-TBA电子传输层的有机太阳能电池器件表现出与参比器件相当的效率，展现了良好的电子提取以及传输的能力。同时在光照144 h后，器件性能仍保持初始性能的83%（参比器件为51%）。

  进一步，基于高电导率的hc-PEDOT:PSS-TBA低功函电极，采用全溶液加工工艺制备了结构简化（三层膜结构：hc-PEDOT:PSS-TBA/有机活性层/PEDOT:PSS）的有机太阳能电池器件，表明了所开发的低功函电极材料PEDOT:PSS-TBA在印刷光电子器件中具有良好的前景，也表明离子交换策略实现PEDOT:PSS功函调控的有效性。

图1. (a)溶液和(b)薄膜状态下离子交换示意图。(c)PEDOT:PSS-M功函数与阳离子M半径之间的关系

图2. 低功函PEDOT:PSS-TBA在：(a)空气，(b)等离子体，(c)热以及(d)醇溶剂环境下的稳定性测试。PEDOT:PSS/PEI为经PEI表面修饰的PEDOT:PSS。

图3. 基于PEDOT:PSS-TBA电子传输层的有机太阳能电池：(a)器件性能以及(b)光照稳定性。(c)基于低功函电极PEDOT:PSS-TBA所制备的三层膜结构的有机太阳能电池结构及器件性能。

  以上成果发表在Advanced Functional Materials（Adv. Funct. Mater. 2021, 2107250）上。论文第一作者为华中科技大学光电国家研究中心博士后刘铁峰，通讯作者为周印华教授。该工作得到了国家自然科学金委项目和华中科技大学自主创新基金的资助。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202107250