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青島能源所提出一種改善有機太陽能電池器件的柔性和穩定性的通用策略
2020-06-19 | 編輯: | 【 】| | 供稿部門:先進功能材料與器件研究組
    

  有機太陽能電池(OPV)技術憑借獨特的質輕、柔性、半透明、弱光敏感以及可通過卷對卷大面積制備等優點獨樹一幟,可在便攜式和柔性電子消費應用領域與無機太陽能電池形成有效互補,吸引了國內外科研機構和產業界的廣泛關注。近幾年OPV的效率已經取得了長足進步,超過18%。然而,關于OPV 器件的穩定性研究卻遠遠滯后于效率的發展。目前階段,OPV 較差的光熱穩定性是其實現產業化所面臨的一大阻力。

 青島能源所包西昌研究員帶領的先進功能材料與器件研究組與大連理工大學王錦艷教授的“科技部重點領域”耐高溫高性能工程塑料創新團隊、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脂提升有機太陽能電池穩定性和柔性的通用性策略,相關成果以“A Universal Method to Enhance Flexibility and Stability of Organic Solar Cells by Constructing Insulating Matrices in Active Layers”為題發表在Advanced Functional Materials(先進功能材料)上。

  耐高溫聚芳醚樹脂是一種可用于軍工極端環境下的特種工程塑料,具有優異的耐高溫和水氧穩定性,可以滿足極端環境下的使用需求。與之相反,有機光伏材料因為長柔性側鏈的存在(改善溶解性)難以避免自身分子的高溫蠕動行為,這是導致OPV器件穩定性差的重要原因之一。與此同時,聚芳醚高度扭曲的主鏈結構賦予了聚合物薄膜優異的機械性能和可拉伸性。經典的光伏給受體化合物在薄膜力學性能也上遠遠弱于耐高溫聚芳醚樹脂。該工作中,通過在OPV的活性層內構筑耐高溫聚芳醚樹脂的網絡化結構,研究了耐高溫聚芳醚樹脂在活性層內對器件效率、穩定性和柔性的影響因素及機制。這種耐高溫樹脂網絡化的形貌有效的阻止了光伏給受體在高溫下的分子蠕動行為,提升了OPV器件的穩定性。并且聚芳醚之間的鏈纏結效應也阻止了光伏給受體分子在高拉伸強度下的斷裂行為,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 射線衍射拉伸測試表征了光伏活性層薄膜的拉伸形變行為。研究發現,耐高溫聚芳醚樹脂在給受體活性層內可能存在著電子隧穿效應,因此上述策略并不會大幅降低器件的光電轉化效率。在器件光電轉化效率(PCE)保持15.17%基礎上,活性層的斷裂伸長率可以高達25.07%,這是目前高效有機太陽能電池(PCE>8%)的最高值。上述工作為提升OPV 器件的穩定性和柔性提供了一種通用性策略,并為其在未來柔性能源領域的產業化應用提供一種行之有效的方法。 

  青島能源所先進有機功能材料與器件團隊韓建華博士和大連理工大學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(青促會會員)和陽仁強研究員、大連理工大學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、國家自然科學基金、精細化工國家重點實驗室的支持。(文/圖 韓建華 包西昌)

  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.

  

 

 

 
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