有機(jī)太陽(yáng)能電池(Organic solar cells, OSCs)近年來(lái)發(fā)展迅速，但柔性光伏器件的效率遠(yuǎn)低于剛性器件的效率水平，尤其是對(duì)可延展性柔性O(shè)SCs的研究滯后。
中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所有機(jī)光電材料與器件團(tuán)隊(duì)，在研究員葛子義帶領(lǐng)下通過(guò)三元策略在聚合物給體(PM6):小分子受體(BTP-eC9)體系引入聚合物受體(PY-IT)作為第三組分，形成纏繞結(jié)構(gòu)形態(tài)，有效提高了其斷裂拉伸應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)了高延展性活性層薄膜的制備。同時(shí)，固化的薄膜形態(tài)也提高了器件的熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
相關(guān)成果以《通過(guò)聚合物客體形成的糾纏結(jié)構(gòu)形態(tài)，耐彎折柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率超過(guò)16.5%》為題，日前發(fā)表在《細(xì)胞》姊妹刊《物質(zhì)》上。
OSCs因其成本低、質(zhì)量輕和可柔性化等諸多優(yōu)點(diǎn)，在柔性和便攜式設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用前景，受到越來(lái)越多的重視。特別是柔性O(shè)SCs可作為可穿戴電子體系(電子紡織品和合成皮膚等)的供電系統(tǒng)成為了研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著新型可穿戴電子體系在生命體征監(jiān)控、人機(jī)交互等領(lǐng)域迅猛發(fā)展，可延展性、高彈性特點(diǎn)成為其中蓬勃興起的熱點(diǎn)方向。
在此研究中，科研人員通過(guò)三元策略引入聚合物受體第三組分，通過(guò)優(yōu)化摻雜比例以及活性層厚度等，使得活性層形成了穩(wěn)定有序的互傳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有利于激子分離和電子傳輸?shù)姆€(wěn)定通道。
此外，三元策略協(xié)同發(fā)揮了聚合物長(zhǎng)鏈優(yōu)勢(shì)和小分子強(qiáng)結(jié)晶特性，克服了小分子基活性層體系的脆性特性。在優(yōu)化的三元薄膜中沿鏈長(zhǎng)分布式的負(fù)載應(yīng)力可以很好的消散外部應(yīng)變能，使得三元活性層薄膜在機(jī)械外力下展現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。
固化的薄膜形態(tài)也有效抑制了小分子受體的擴(kuò)散和結(jié)晶。基于銀網(wǎng)格/塑料襯底柔性電極，獲得了效率突破16.5%的柔性電池，且具有較好的力學(xué)性能，在1000次連續(xù)循環(huán)彎曲后仍能夠保持初始效率的97.5%。
文章第一作者、寧波材料所博士研究生宋偉告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，關(guān)于柔性電池機(jī)械力學(xué)性和光伏性能的研究成果，是該團(tuán)隊(duì)在前期高效率柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池研究的基礎(chǔ)上積累而得。其對(duì)于柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的研究具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性和推動(dòng)性，也為以后的印刷等方式大面積柔性制備提供了一定的技術(shù)支撐，積極推動(dòng)有機(jī)太陽(yáng)能電池大規(guī)模商業(yè)化。
對(duì)此成果，《物質(zhì)》審稿人認(rèn)為，對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域尤其是柔性器件的研究人員來(lái)說(shuō)是有價(jià)值的研究。(作者：張楠)
關(guān)鍵詞： 耐彎折柔性 有機(jī)太陽(yáng)能電池效率 有機(jī)光電材料 寧波材料所
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