寧波材料所柔性有機(jī)太陽能電池研究獲進(jìn)展

近年來，隨著可穿戴電子設(shè)備市場的增長，對可穿戴發(fā)電設(shè)備的要求越來越嚴(yán)格。有機(jī)太陽能電池因具有重量輕、設(shè)計(jì)性強(qiáng)和便于加工的特點(diǎn)而成為柔性電源的理想解決方案。然而，相較于目前光電轉(zhuǎn)化效率已超過19%的剛性有機(jī)太陽能電池，柔性有機(jī)太陽能電池在光電轉(zhuǎn)化效率以及力學(xué)性能上仍存在不足。因此，開發(fā)具有高光電轉(zhuǎn)化效率和高力學(xué)穩(wěn)定性的柔性有機(jī)太陽能電池極富挑戰(zhàn)。

近日，中國科學(xué)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)提出了將柔性寡聚物受體作為第三組份摻入有機(jī)太陽能電池活性層的策略，能夠同時(shí)提高有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率以及機(jī)械性能，為制備高效柔性有機(jī)太陽能電池提供了簡便方法。研究通過使用不同的柔性橋聯(lián)鏈段，合成了一系列具有不同橋聯(lián)單元和聚合度的寡聚物受體材料（DOY-C2、DOY-C4和TOY-C4）。由于聚合度和橋聯(lián)單元柔性的不同，這些寡聚物受體表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能與堆積行為。同時(shí)，相較于傳統(tǒng)的小分子受體材料N3，柔性寡聚物受體表現(xiàn)出明顯更好的力學(xué)性能。

為探究寡聚物受體作為第三組份對于有機(jī)太陽能電池效率的影響，該研究制備了相應(yīng)的剛性電池器件。研究通過對電池各種參數(shù)的表征測試發(fā)現(xiàn)，寡聚物受體摻入后主要通過降低有機(jī)太陽能電池中的非輻射能量損失進(jìn)而提高電池的開路電壓。其中，基于D18：N3：DOY-C4的器件表現(xiàn)出19.01%的剛性光電轉(zhuǎn)化效率和17.91%的柔性光電轉(zhuǎn)化效率。這一柔性效率是目前報(bào)道的柔性有機(jī)太陽能電池的最高效率之一。

進(jìn)一步，研究對活性層材料進(jìn)行拉伸測試。相較于D18：N3混合膜表現(xiàn)出的7.8%的斷裂拉伸率，摻雜15%寡聚物DOY-C4后的混合膜則表現(xiàn)出接近12%的斷裂拉伸率，同比增長超過50%。研究通過對不同薄膜拉伸后形貌的分析提出，柔性寡聚物受體能夠與聚合物給體之間形成類纏結(jié)的行為，且這種行為導(dǎo)致薄膜力學(xué)性能的顯著增長。

相關(guān)研究成果以Ductile Oligomeric Acceptor-modified Flexible Organic Solar Cells show Excellent Mechanical Robustness and near 18% Efficiency為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家杰出青年科學(xué)基金、寧波市重點(diǎn)科技項(xiàng)目與浙江省自然科學(xué)基金的支持。