既高效又柔性的有機太陽能電池有望簡便制備

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近日，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，提出了一種將柔性寡聚物受體作為第三組份摻入有機太陽能電池活性層的策略，能夠同時提高有機太陽能電池的光電轉化效率以及機械性能，為制備高效柔性有機太陽能電池提供了一種簡便的方法。

隨著可穿戴電子設備市場的增長，用戶對可穿戴發電設備的要求也越來越嚴格。有機太陽能電池因具有重量輕、設計性強和便于加工的特點成為柔性電源的理想解決方案。然而，相較于目前光電轉化效率已經超過19%的剛性有機太陽能電池，柔性有機太陽能電池在光電轉化效率以及力學性能上仍然存在不足。因此開發具有高光電轉化效率和高力學穩定性的柔性有機太陽能電池仍然極富挑戰。

研究人員首先通過使用不同的柔性橋聯鏈段，合成了一系列具有不同橋聯單元和聚合度的寡聚物受體材料（DOY-C2、DOY-C4和TOY-C4）。由于聚合度和橋聯單元柔性的不同，這些寡聚物受體也表現出了不同的力學性能與堆積行為。同時，相較于傳統的小分子受體材料N3，柔性寡聚物受體表現出了明顯更好的力學性能。

為探究寡聚物受體作為第三組份對于有機太陽能電池效率的影響，研究人員制備了相應的剛性電池器件。通過對電池各種參數的表征測試，研究人員發現，寡聚物受體摻入后主要通過降低有機太陽能電池中的非輻射能量損失進而提高電池的開路電壓。其中基于D18：N3：DOY-C4的器件表現出了19.01%的剛性光電轉化效率和17.91%的柔性光電轉化效率，該柔性效率也是目前報道的柔性有機太陽能電池的最高效率之一。

隨后，研究人員又對活性層材料進行了拉伸測試。相較于D18：N3混合膜表現出的7.8%的斷裂拉伸率，摻雜15%寡聚物DOY-C4后的混合膜則表現出了接近12%的斷裂拉伸率，同比增長超過50%。通過對不同薄膜拉伸后形貌的分析，作者認為柔性寡聚物受體能夠與聚合物給體之間形成類纏結的行為，這種行為導致了薄膜力學性能的顯著增長。

該成果日前發表于《先進材料》，寧波材料所博士研究生葉勤睿和陳振宇為共同第一作者，該所特聘青年研究員宋偉和研究員葛子義為通訊作者。

不同薄膜拉伸后斷裂以及拉伸后松弛圖。寧波材料所供圖