有機(jī)太陽(yáng)能電池(OPV)技術(shù)憑借獨(dú)特的質(zhì)輕、柔性、半透明、弱光敏感以及可通過(guò)卷對(duì)卷大面積制備等優(yōu)點(diǎn)獨(dú)樹(shù)一幟，可在便攜式和柔性電子消費(fèi)應(yīng)用領(lǐng)域與無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池形成有效互補(bǔ)，吸引了國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。近幾年OPV的效率已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，超過(guò)18%。然而，關(guān)于OPV 器件的穩(wěn)定性研究卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于效率的發(fā)展。目前階段，OPV 較差的光熱穩(wěn)定性是其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化所面臨的一大阻力。
青島能源所包西昌研究員帶領(lǐng)的先進(jìn)功能材料與器件研究組與大連理工大學(xué)王錦艷教授的“科技部重點(diǎn)領(lǐng)域”耐高溫高性能工程塑料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、上海同步輻射光源的楊春明研究員合作提出了一種基于耐高溫聚芳醚樹(shù)脂提升有機(jī)太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性和柔性的通用性策略，相關(guān)成果以“A Universal Method to Enhance Flexibility and Stability of Organic Solar Cells by Constructing Insulating Matrices in Active Layers”為題發(fā)表在A(yíng)dvanced Functional Materials（先進(jìn)功能材料）上。
耐高溫聚芳醚樹(shù)脂是一種可用于軍工極端環(huán)境下的特種工程塑料，具有優(yōu)異的耐高溫和水氧穩(wěn)定性，可以滿(mǎn)足極端環(huán)境下的使用需求。與之相反，有機(jī)光伏材料因?yàn)殚L(zhǎng)柔性側(cè)鏈的存在(改善溶解性)難以避免自身分子的高溫蠕動(dòng)行為，這是導(dǎo)致OPV器件穩(wěn)定性差的重要原因之一。與此同時(shí)，聚芳醚高度扭曲的主鏈結(jié)構(gòu)賦予了聚合物薄膜優(yōu)異的機(jī)械性能和可拉伸性。經(jīng)典的光伏給受體化合物在薄膜力學(xué)性能也上遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于耐高溫聚芳醚樹(shù)脂。該工作中，通過(guò)在OPV的活性層內(nèi)構(gòu)筑耐高溫聚芳醚樹(shù)脂的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，研究了耐高溫聚芳醚樹(shù)脂在活性層內(nèi)對(duì)器件效率、穩(wěn)定性和柔性的影響因素及機(jī)制。這種耐高溫樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)化的形貌有效的阻止了光伏給受體在高溫下的分子蠕動(dòng)行為，提升了OPV器件的穩(wěn)定性。并且聚芳醚之間的鏈纏結(jié)效應(yīng)也阻止了光伏給受體分子在高拉伸強(qiáng)度下的斷裂行為，提升了活性層的拉伸性能和器件的柔性。該工作也首次使用了原位廣角X 射線(xiàn)衍射拉伸測(cè)試表征了光伏活性層薄膜的拉伸形變行為。研究發(fā)現(xiàn)，耐高溫聚芳醚樹(shù)脂在給受體活性層內(nèi)可能存在著電子隧穿效應(yīng)，因此上述策略并不會(huì)大幅降低器件的光電轉(zhuǎn)化效率。在器件光電轉(zhuǎn)化效率(PCE)保持15.17%基礎(chǔ)上，活性層的斷裂伸長(zhǎng)率可以高達(dá)25.07%，這是目前高效有機(jī)太陽(yáng)能電池(PCE>8%)的最高值。上述工作為提升OPV 器件的穩(wěn)定性和柔性提供了一種通用性策略，并為其在未來(lái)柔性能源領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供一種行之有效的方法。
青島能源所先進(jìn)有機(jī)功能材料與器件團(tuán)隊(duì)韓建華博士和大連理工大學(xué)鮑鋒博士為論文共同第一作者，論文通訊作者為包西昌研究員（青促會(huì)會(huì)員）和陽(yáng)仁強(qiáng)研究員、大連理工大學(xué)王錦艷教授和上海同步輻射光源楊春明研究員。該研究獲得了中科院青促會(huì)、國(guó)家自然科學(xué)基金、精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。
論文：
Jianhua Han, Feng Bao, Da Huang, Xunchang Wang, Chunming Yang, Renqiang Yang, Xigao Jian, Jinyan Wang, Xichang Bao, and Junhao Chu. Advanced Functional Materials, 2020, DOI: 10.1002/adfm.202003654.
