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11月1日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所傳來喜訊：該所利用三元策略構(gòu)建超高拉伸性的高效有機(jī)光伏電池。該工作近期以題為“Overlapping fasten packing enables efficient dual-donor ternary organic solar cells with super stretchability”發(fā)表在國際能源領(lǐng)域知名期刊Energy & Environmental Science上。論文第一作者為該所博士生王劍曉，通訊作者為該所包西昌研究員、文樹光副研究員及上海光源的楊春明副研究員。

近年來有機(jī)太陽能電池（OSC）以其重量輕、吸收范圍廣、制備工藝簡單及無污染等獨(dú)特優(yōu)勢被不斷研究。隨著光伏材料和器件工程的飛速發(fā)展加快了OSC的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。然而，如何有效地提高OSC的穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用所面臨的重中之重。與無機(jī)太陽能電池不同，OSC可以應(yīng)用于柔性和可穿戴電子領(lǐng)域，對活性層提出了更嚴(yán)格的要求。

作為OSC光電轉(zhuǎn)換核心的活性層材料、分子排列和網(wǎng)絡(luò)形態(tài)是影響OSC柔性和穩(wěn)定性的重要因素。一般情況活性層為亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，會隨著時(shí)間的推移，分子會扭曲和蠕動，導(dǎo)致材料之間的分層，從而影響激子離解和電荷提取。另外，由于工作環(huán)境或基底的不同，有源層和傳輸層之間的層間作用對器件熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性也尤其重要。因此，調(diào)節(jié)活性層中的分子堆積和糾纏、改變活性層的內(nèi)部和表面特性對提高器件機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性具有重要意義。

為此，該所先進(jìn)有機(jī)功能材料與器件研究組分別利用兩種具有不同側(cè)鏈的聚合物給體（PBB1-Cl和PBB2-Cl）作為第三組分來精細(xì)調(diào)節(jié)活性層內(nèi)部及表面特性，以改善有機(jī)太陽能電池的性能。PBB1-Cl和PBB2-Cl的良好平面性顯著增加了分子間排列的重疊區(qū)，特別是PBB1-Cl擁有一維側(cè)鏈可以降低了分子間的空間位阻，使活性層的分子間緊密堆積和纏結(jié)顯著增強(qiáng)。

研究表明，加入20·wt%的PBB1-Cl后，基于PM6:PBB1-Cl:Y6-BO-4Cl三元共混膜的斷裂伸長率提高了4.6倍（26.86%），相應(yīng)器件的轉(zhuǎn)換效率（PCE）從15.83%提高到17.36%。有趣的是，PBB1-Cl基三元共混膜與傳輸層之間較小的表面能γs差有降低層間分離的可能性。同時(shí)，三元共混膜的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度Tg提高，吸收光譜的溫度敏感性降低，使得活性層的熱穩(wěn)定性得到改善。最終，PBB1-Cl基柔性三元OSC的PCE在直徑為10·mm時(shí)500次彎曲或100℃退火24小時(shí)內(nèi)仍保持在74%以上。

結(jié)果表明，增強(qiáng)活性層中的分子間重疊緊密堆積優(yōu)化活性層內(nèi)外特性對于改善OSC的光伏性能、機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性具有重大潛力。 

原標(biāo)題：三元策略助力 構(gòu)建超高拉伸性的高效有機(jī)光伏電池