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    寧波材料所在超輕超柔有機太陽能電池領域取得重要進展
    作者:,日期:2021-06-26

      輕薄柔有機太陽能電池(OSCs)一直是新一代電源最有前途的選擇之一,特別是對于可穿戴電子系統(如電子紡織品和合成皮膚)。有機光伏材料的高消光系數和良好的延展性容許電池變得非常薄(通常低于300nm),并且與超薄塑料襯底具有良好兼容性,這引起了科研人員的極大關注。目前,新材料和新工藝的不斷涌現,使得剛性OSCs的能量轉換效率(PCE)得到迅速提高,但超薄超輕OSCs的發展仍然滯后,這極大限制了其在機械柔性方面的獨特優勢。通過三元策略在活性層中引入具有延展性的第三組分材料或增加共混膜的無定型區域,非常有利于器件中機械應力的消散,從而同時提高器件的PCE和機械柔韌性。

      近日,中國科學院寧波材料技術與工程研究所葛子義研究員團隊在前期高效率和柔性有機太陽能電池研究的基礎上(Nature Photonics, 2015, 9, 520; Advanced Materials, 2018, 30, 1800075; Advanced Materials, 2019, 31, 201902210; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 2808.), 在高效率超輕柔OSCs領域取得新進展,通過基于超薄塑料襯底和三元共混策略獲得15.5%效率的超輕超柔OSCs原型器件,是目前公開報道的同類OSCs的最高效率之一。在沒有封裝的情況下,單位面積重量為 4.83 g m-2時單位重量功率達到了 32.07 W g-1,是目前公開報道的各種超薄柔性電池的最高單位重量功率之一。

      科研人員通過在聚合物給體D18-Cl和受體Y6二元體系中引入各向同性的第三組分PC71BM受體,調控三元體系的薄膜形貌和光吸收。研究發現,引入無定型構象的PC71BM客體可以減弱Y6受體的結晶和聚集,從而減輕共混薄膜的剛性和脆性。活性層延展性的增加非常有益于提高柔性器件的機械柔韌性。基于D18-Cl:Y6:PC71BM的三元活性層,PC71BM的引入增強了薄膜在300nm~500nm范圍的光吸收,很好的提高了器件的光伏性能。基于超薄塑料襯底制備的輕薄柔OSCs獲得了穩定的15.5%效率,在沒有封裝的情況下,重量為 4.83 g m-2的單位重量功率達到了 32.07 W g-1。經過 800 次連續拉伸-壓縮循環后測試,仍能保持初始PCE的83%。這對于能經受隨機褶皺變形而不損壞柔性器件至關重要。

      該工作以“Crumple Durable Ultraflexible Organic Solar Cells with an Excellent Power-per-Weight Performance”為題發表在國際期刊Advanced Functional Materials上(DOI: 10.1002/adfm.202102694)。葛子義研究員為本文同通訊作者,博士生宋偉和碩士生郁魁保為本文共同一作。

    超薄柔性有機太陽能電池器件結構和J-V曲線

      (新能源所 宋偉)

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