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有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSCs）由于其質(zhì)輕、半透明和顏色可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，在可穿戴/便攜式電子設(shè)備中具有極大的應(yīng)用潛力。近年來(lái)，隨著非富勒烯小分子的快速發(fā)展，基于聚合物給體和非富勒烯小分子兩組分共混體系的OSCs能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）已經(jīng)接近19%。受限于非富勒烯小分子受體的脆性，該類OSCs的力學(xué)性能通常較差，難以滿足可拉伸/穿戴應(yīng)用。因此，如何在保持高PCE的情況下改善活性層的力學(xué)性能成為亟待解決的問(wèn)題。
針對(duì)以上問(wèn)題，天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的葉龍教授和耿延候教授等前期報(bào)道了在聚合物:非富勒烯小分子共混體系中加入少量的富勒烯PC 71BM，能夠優(yōu)化薄膜的分子堆積和相分離結(jié)構(gòu)，從而同時(shí)提高共混薄膜的裂紋起始應(yīng)變（COS）和光伏性能（PCE）。此外，他們提出基于聚合物:非富勒烯小分子:富勒烯三元共混體系的彈性模量能夠通過(guò)擴(kuò)展的三組分力學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)（ Adv. Energy Mater.2021, 11, 2003506, DOI: 10.1002/aenm.202003506, ESI高被引論文）。

由于富勒烯的引入會(huì)使共混薄膜的彈性模量增大，且對(duì)COS的提高幅度不大。最近，該團(tuán)隊(duì)提出了一種提高聚合物:小分子共混體系拉伸性能的新方法，即引入商業(yè)化低成本的熱塑性彈性體-SEBS作為第三組分。同步輻射掠入射散射結(jié)果表明溶液加工的SEBS薄膜表現(xiàn)為非晶態(tài)，其具有優(yōu)異的可拉伸性能（斷裂應(yīng)變超過(guò)1000%）和極低的彈性模量（ E＜10 MPa）。他們以三組分共混的PM6:N3:SEBS為模型體系，研究發(fā)現(xiàn)，隨著共混薄膜中SEBS含量增加，共混薄膜的COS逐漸增加，彈性模量逐漸下降。在同樣的拉伸應(yīng)變下（30%），裂紋尺寸可以大幅減小。通過(guò)AFM、TEM、峰值力定量納米力學(xué)成像（PFQNM）、散射掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（IR s-SNOM）和掠入射X射線衍射（GIWAXS）等結(jié)構(gòu)表征技術(shù)對(duì)共混薄膜的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面細(xì)致的表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SEBS在共混薄膜中易形成孤立的軟相，且隨SEBS含量增加，SEBS富集相逐漸增大。此外，隨SBES含量增加，共混薄膜在保持較高光伏性能的同時(shí)COS得到了1倍的提升。他們還發(fā)現(xiàn)該三組分共混體系的彈性模量可以用Coran-Patel模型進(jìn)行擬合和預(yù)測(cè)。

為了驗(yàn)證上述策略和力學(xué)模型的適用性，作者進(jìn)一步選取了PBQx-TF:eC9-2Cl和PBDB-T:ITIC等代表性共混體系，分析了SEBS對(duì)不同聚合物:小分子共混體系光伏性能、力學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果顯示，以上3種三組分共混體系的彈性模量均可以用同一個(gè)力學(xué)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。這種策略簡(jiǎn)單、有效，可以為理解和調(diào)控多相多組分有機(jī)光伏薄膜的光伏性能以及力學(xué)性能提供參考。
相關(guān)結(jié)果以“Thermoplastic Elastomer Tunes Phase Structure and Promotes Stretchability of High-Efficiency Organic Solar Cells”為題發(fā)表在國(guó)際著名材料期刊《 Advanced Materials》，并被選為Editor’s Choice。天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的博士研究生彭忠祥為文章第一作者，葉龍教授為通訊作者，天津大學(xué)為第一完成單位。論文的共同作者包括天津大學(xué)耿延候教授、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所侯劍輝研究員和上海光源楊春明副研究員。涉及的同步輻射測(cè)試在上海同步輻射光源和北京同步輻射裝置多個(gè)線站完成，s-SNOM表征得到Quantum Design公司盧曦博士的技術(shù)支持。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、天津大學(xué)北洋學(xué)者英才計(jì)劃啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)及應(yīng)用光學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金的大力支持。 

原標(biāo)題：天津大學(xué)葉龍教授《AM》：熱塑性彈性體“助力”有機(jī)光伏電池