【儀表網 研發快訊】新能源材料與相關技術的研發為應對氣候變化和能源危機提供了多元化的解決方案。其中，有機光伏電池因其成本低、質量輕和可柔性化等諸多優點，在可穿戴、便攜式設備等應用場景中表現出巨大的應用前景，受到學術界和工業界的廣泛關注。過去的十年來，科研人員通過開發新型光伏材料、界面層材料以及優化器件結構等策略使得有機光伏電池在光電轉換效率、機械穩定性以及大面積制備等方面取得了長足進步。目前單結剛性器件的效率已經超過20%，但可拉伸柔性器件的性能相對滯后(圖1)，因此，如何同步實現高效率和優異的力學拉伸性能目前仍是一個巨大的挑戰。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所有機光電材料與器件團隊葛子義研究員長期致力于高效柔性有機太陽能電池材料與器件方面的研究(Adv. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adma.202406690; Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202407040; Adv. Mater., 2023, 35, 2305562; Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202310034; Energy Environ. Sci., 2023, 16, 3119; Nano Energy, 2023, 116, 108805; Matter 2022, 5, 1877; Joule, 5, 2021, 2395)。近日，該團隊受邀在國際知名期刊Advanced Materials上發表題為“Advances in Stretchable Organic Photovoltaics: Flexible Transparent Electrodes and Deformable Active Layer Design”的綜述文章(Adv. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adma.202311170)，系統總結了可拉伸有機太陽能電池的最新研究進展，包括柔性透明電極、有機光伏材料和幾類拉伸器件結構設計與開發。
文中，作者總結了兩類拉伸有機光伏電池(結構拉伸和本征拉伸)的結構特征和前沿進展。對于結構拉伸的超薄器件而言，當超薄柔性器件(<10 μm)被轉移到預先拉伸的彈性襯底上時，應變釋放后超薄器件通過形成褶皺結構適應彈性襯底的形變。此外，還有一種簡單的策略將纖維狀有機光伏電池設置成彈簧狀結構實現拉伸。對于本征可拉伸有機光伏電池而言，其所有組成層均可拉伸，且相鄰層之間緊密結合，因此在機械柔性方面有獨特優勢。本文還總結了最新柔性透明電極的研究進展，著重探討了協同增強導電性和機械柔韌性所采用的多種方法和策略，解構了高效高延展性光伏材料的內在規律，強調了同時提升有機光伏電池光伏性能和機械柔韌性的先進策略，包括材料設計、多組分策略和結構優化。
寧波材料所宋偉特聘青年研究員為論文第一作者/通訊作者，葛子義研究員為論文通訊作者。上述工作得到了國家杰出青年科學基金項目(21925506)和國家自然科學基金(22309196)等項目的資助。
圖1 柔性和可拉伸有機光伏電池最新進展
圖2 三類可拉伸有機光伏電池
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