1. 寧波材料所實現柔性有機太陽能電池新突破

        文章來源:寧波材料技術與工程研究所  |  發布時間:2022-04-29  |  【打印】 【關閉

          

          有機太陽能電池(Organic solar cells, OSCs)因其成本低、質量輕和可柔性化等諸多優點,在柔性和便攜式設備中具有廣泛的應用前景,受到越來越多的重視。特別是柔性OSCs可作為可穿戴電子體系(電子紡織品和合成皮膚等)的供電系統成為了研究人員關注的熱點。隨著新型可穿戴電子體系在生命體征監控、人機交互等領域迅猛發展,可延展性、高彈性特點成為其中蓬勃興起的熱點方向。近年來,盡管OSCs發展迅速,但是柔性光伏器件的效率遠低于剛性器件的效率水平,尤其是對可延展性柔性OSCs的研究嚴重滯后。

          近期,中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員有機光電材料與器件團隊在葛子義研究員的帶領下,在前期高效率柔性有機太陽能電池研究的基礎上(Joule, 2021, 5, 2395; Energy Environ. Sci., 2022, 15, 1563; Adv. Mater., 2019, 31, 1902210; Adv. Mater., 2018, 30, 1703005),通過三元策略在PM6:BTP-eC9體系引入聚合物受體(PY-IT)作為第三組分,形成纏繞結構形態,有效提高了其斷裂拉伸應變,實現了高延展性活性層薄膜的制備。此外,固化的薄膜形態也提高了器件的熱儲存穩定性。

          該研究中,科研人員通過三元策略引入能級匹配和光譜互補的聚合物PY-IT客體,有效構筑了纏繞結構形態的PM6:BTP-eC9:PY-IT活性層,協同發揮了聚合物的長鏈優勢和分子之間的緊密結合,克服了小分子脆性特性。三元混合膜中沿鏈長分布式的負載應力易于消散應變能,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變明顯提高。此外固化的薄膜形態也有效抑制了小分子受體的擴散和結晶?;贏g grids/PET柔性電極制備的三元電池效率達到了16.52%,且具有較好的機械穩定性,在1000次連續循環彎曲(彎曲半徑r=2mm)后仍能夠保持初始能量轉換效率(PCE)的97.5%。

          相關研究成果以“Entangled structure morphology by polymer guest enabling mechanically robust organic solar cells with efficiencies of over 16.5%”為題,發表在Cell姊妹刊Matter上(相關論文信息:https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.03.012)。葛子義研究員為該論文的通訊作者,博士生宋偉為第一作者。研究工作獲得國家杰出青年科學基金(21925506)、國家自然科學基金(U21A20331和81903743)、寧波市科技創新2025重大專項(2018B10055)、中科院前沿科學研究重點項目(QYZDB-SSW-SYS030)、寧波自然科學基金(2021J192)的支持。

        三元柔性OSCs的J-V曲線和活性層薄膜拉伸斷裂機制示意圖

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