降低有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)的成本和穩(wěn)定性對于工業(yè)應用具有重要意義绩衷。常用的空穴傳輸材料(HTMs)如Spiro-O MeTAD、聚雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺(PTAA)和聚(3-己基噻吩2,5-二基)(P3HT)是非常昂貴的激率。在這里咳燕，3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)單體被原位聚合在氧化石墨烯(GO)表面作為PEDOT-GO薄膜。與常用的聚苯乙烯磺酸(PSS)相比乒躺，氧化石墨烯避免了鈣鈦礦的腐蝕和H2O溶劑的使用迟郎。復合PEDOT-GO薄膜位于碳對電極和鈣鈦礦層之間，為空穴傳輸層(HTL)聪蘸。功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)為14.09%。
拉曼在聚(3,4-乙烯二氧噻吩)和氧化石墨烯復合薄膜作為鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層中的應用
摘要：降低有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)的成本和穩(wěn)定性對于工業(yè)應用具有重要意義控乾。常用的空穴傳輸材料(HTMs)如Spiro-O MeTAD、聚雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺(PTAA)和聚(3-己基噻吩2,5-二基)(P3HT)是非常昂貴的蜕衡。在這里，3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)單體被原位聚合在氧化石墨烯(GO)表面作為PEDOT-GO薄膜设拟。與常用的聚苯乙烯磺酸(PSS)相比慨仿，氧化石墨烯避免了鈣鈦礦的腐蝕和H2O溶劑的使用。復合PEDOT-GO薄膜位于碳對電極和鈣鈦礦層之間纳胧，為空穴傳輸層(HTL)镰吆。功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)為14.09%。
可再生清潔能源設(shè)備是社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需求跑慕。其中万皿，有機-無機金屬雜化鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其優(yōu)異的光伏性能、制備工藝簡單核行、成本相對較低而越來越受到人們的關(guān)注牢硅。PSCs一般由FTO玻璃、 電子傳輸層芝雪、光吸收層减余、空穴傳輸層和電極組成。在PSCs的多層結(jié)構(gòu)中惩系，空穴傳輸層（HTL）的設(shè)計是為了促進電子和空穴的分離位岔，這是電池性能和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。然而蛆挫，HTL本身存在的一些問題阻礙了PSCs技術(shù)的發(fā)展和應用赃承。目前，PSCs的HTL主要基于Spiro-OMeTAD悴侵、PTAA和P3HT等材料瞧剖。對于大規(guī)模應用而言，這些材料的成本都高的令人望而卻步可免，此外抓于，Spiro-OMeTAD中的摻雜劑具有較強的吸水性，嚴重威脅了PSCs的使用壽命浇借。因此捉撮，有必要探索一種低成本、穩(wěn)定的空穴傳輸材料（HTMs）妇垢，用于PSCs的實用化階段肉康。
PEDOT通常與PSS結(jié)合使用，廣泛應用于反向PSCs中灼舍，其價格比上述材料便宜得多吼和。然而，PSS中所含的磺酸基團對器件壽命危害極大骑素。為了避免PSS的使用炫乓，有人合成了2,5-二溴-3,4-乙基二氧噻吩(DBEDOT)單體，并將其自旋包覆在鈣鈦礦層上献丑，原位聚合成PEDOT;PSCs的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)約為17%末捣。有人用磺化丙酮甲醛(SAF)代替PSS與PEDOT在倒置PSCs中復合，有效提高了PSCs的使用壽命创橄。同時箩做，還選擇氧化石墨烯(GO)作為PSCs的HTM。還有人制備了厚度為2 nm的氧化石墨烯薄膜作為HTL筐摘，其PCE達到12.40%卒茬。
在本工作中，通過PEDOT與GO復合得到了無害的HTL咖熟。PEDOT通過π -π疊加和氫鍵相互作用與氧化石墨烯薄片相互作用圃酵，行成共軛體系。此外馍管，GO作為一種優(yōu)良的載體郭赐，使PEDOT在異丙醇溶液中分散，并且對 鈣鈦礦層無害确沸。以PEDOT-GO薄膜為HTL捌锭，基于碳對電極可實現(xiàn)PCE高達14.09%且穩(wěn)定性良好的PSC。
拉曼使用目的： 和XRD罗捎，傅里葉紅外配合確認GO的成分和結(jié)構(gòu)观谦。
圖1：（A）PEDOT和PEDOT-GO中的GO的XRD圖 （B）PEDOT和PEDOT-GO中的GO的FTIR光譜圖 （C）PEDOT和PEDOT-GO中的GO的拉曼譜圖
圖1A-C分別對應XRD、FT-IR和Raman分析桨菜，探討制備材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)豁状。圖A中所示，在（GO）曲線中有一個10.65°位中心的強烈且尖銳的峰倒得，對應于氧化石墨烯納米片的（001）晶體表面。純PEDOT的模式在25.82°區(qū)域有一個寬峰霞掺，與PEDOT的聚合物鏈結(jié)構(gòu)相對于谊路。然而，這兩個峰在復合樣品中都沒有出現(xiàn)菩彬，這事由于共軛作用和PEDOT在氧化石墨烯薄片上的包覆效應的影響缠劝，表明原位聚合改變了聚合物鏈的生長狀態(tài)潮梯。
在圖1b中，PEDOT曲線顯示24525px?1和836 cm?1處的兩份峰是對噻吩環(huán)的C-S-C鍵拉伸的響應剩彬。在29975px?1處檢測到C-O-C鍵的拉伸振動酷麦。1338 cm?1處的峰是由噻吩環(huán)中的C=C和C - C引起的，表明PEDOT成功合成喉恋。結(jié)合三條曲線，GO和PEDOT的特征峰都反映在PEDOT-GO中母廷。PEDOT曲線上位于1199 cm?1和1338 cm?1的兩個峰向PEDOT- go曲線上的1214 cm?1和1401 cm?1傾斜轻黑。這種紅移現(xiàn)象是由于GO和PEDOT之間的π -π堆疊相互作用。
在拉曼光譜中琴昆，紅色曲線中的 441 cm?1氓鄙、1434 cm?1和1505 cm?1三個特征峰表明PEDOT成功合成。1343 cm?1和1590 cm?1的特征峰（黑色曲線）分別對應SP2雜化碳原子的呼吸振動峰和碳環(huán)中SP2雜化原子的對稱拉伸運動峰业舍，即GO的特征峰（D和G）抖拦。同時，PEDOT在1434cm?1處(紅色曲線)的特征峰分配給Cα = Cβ對稱拉伸振動舷暮，PEDOT- Go樣品的拉曼光譜移動到1427 cm?1處(圖1C)态罪。這種紅移現(xiàn)象表明，PEDOT聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)轭愼问较旅妫瑥亩闺妼试黾痈淳薄Ｔ赑EDOT-GO的曲線上反應了GO和PEDOT的特征峰，證實了PEDOT-GO納米復合材料的原位聚合沥割。
本文章主要講述的是一種PEDOT-GO復合薄膜作為PSCs的空穴傳輸層的成功制備方法耗啦。功能薄膜顯著抑制了空穴與電子的復合，提高了電流密度机杜，zui終提高了PCE帜讲。當質(zhì)量比為0.75時椒拗，PCE可達14.09%似将，比無HTL樣品的PCE高26%，混有Spiro-OMeTAD器件的PCE也有類似的結(jié)果陡叠。與Spiro-OMeTAD玩郊、PTAA、P3HT等傳統(tǒng)空穴運輸材料相比枉阵，成本更低译红，更適合大規(guī)模的應用。拉曼主要的作用證實PEDOT-GO納米復合材料的原位聚合兴溜。
湖北大學李矜教授簡介：副教授侦厚，碩士生導師耻陕，2018年畢業(yè)于華中科技大學，研究工作主要圍繞固體氧化物燃料電池/電解池技術(shù)刨沦、表/界面修飾诗宣、電催化開展，任Journal of The Electrochemical Society, Sensors and Actuators B: Chemical等國際期刊審稿人想诅，guo家自然科學基金評審專家。主持guo家自然科學基金青年基金與校企合作橫向項目来破，相關(guān)研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal, Journal of Materials Chemistry A, Composites Part B: Engineering等國際期刊篮灼，一作及通訊作者論文共15篇。
文章信息：該成果以“Composited Film of Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and Graphene Oxide as Hole Transport Layer in Perovskite Solar Cells”為題發(fā)表在知名期刊Journal of The Polymers 上徘禁，湖北大學李矜教授為通訊作者诅诱。
本研究采用的是Nanobase的XperRam Compact共聚焦顯微拉曼光譜儀系統(tǒng)。
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