【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】有機(jī)太陽(yáng)能電池(Organic solar cells，OSCs)因成本低、質(zhì)量輕和可柔性化等優(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)而成為研究熱點(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)域的發(fā)展，可延展性、高彈性特點(diǎn)成為蓬勃興起的熱點(diǎn)方向。近年來(lái)，OSCs發(fā)展迅速，但柔性光伏器件的效率低于剛性器件的效率水平，尤其是關(guān)于可延展性柔性O(shè)SCs的研究嚴(yán)重滯后。
近日，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員有機(jī)光電材料與器件團(tuán)隊(duì)在研究員葛子義的帶領(lǐng)下，在前期高效率柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池研究的基礎(chǔ)上(Joule, 2021, 5, 2395；Energy Environ. Sci., 2022, 15, 1563；Adv. Mater., 2019, 31, 1902210；Adv. Mater., 2018, 30, 1703005)，利用三元策略在PM6:BTP-eC9體系中引入聚合物受體(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。此外，固化的薄膜形態(tài)也提高了器件的熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
本研究中，科研人員運(yùn)用三元策略引入能級(jí)匹配和光譜互補(bǔ)的聚合物PY-IT客體，有效構(gòu)筑了纏繞結(jié)構(gòu)形態(tài)的PM6:BTP-eC9:PY-IT活性層，協(xié)同發(fā)揮了聚合物的長(zhǎng)鏈優(yōu)勢(shì)和分子之間的緊密結(jié)合，克服了小分子脆性特性。三元混合膜中沿鏈長(zhǎng)分布式的負(fù)載應(yīng)力易于消散應(yīng)變能，提高了薄膜延展性。隨著客體PY-IT摻雜比例的增大，活性層薄膜的斷裂拉伸應(yīng)變明顯提高。此外，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Ag grids/PET柔性電極制備的三元電池效率達(dá)16.52%，具有較好的機(jī)械穩(wěn)定性，在1000次連續(xù)循環(huán)彎曲(彎曲半徑r=2mm)后仍可保持初始能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)的97.5%。
相關(guān)研究成果以Entangled structure morphology by polymer guest enabling mechanically robust organic solar cells with efficiencies of over 16.5%為題，發(fā)表在Matter上。研究工作得到國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金、寧波市“科技創(chuàng)新2025”重大專項(xiàng)、中科院前沿科學(xué)研究重點(diǎn)計(jì)劃、寧波市自然科學(xué)基金的支持。
三元柔性O(shè)SCs的J-V曲線和活性層薄膜拉伸斷裂機(jī)制示意圖
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