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北京時(shí)間2022年4月19日晚23時(shí)，中科院寧波材料所葛子義研究員團(tuán)隊(duì)在Matter上發(fā)表一篇題為“Entangled structure morphology by polymer guest enabling mechanically robust organic solar cells with efficiencies of over 16.5%”的新研究。

科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)三元策略引入聚合物受體第三組分，形成的纏繞結(jié)構(gòu)形態(tài)有效提高了其斷裂拉伸應(yīng)變，實(shí)現(xiàn)了高延展性活性層薄膜的制備。此外，固化的薄膜形態(tài)也提高了器件的熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性。論文通訊作者是葛子義研究員；第一作者是宋偉博士研究生。

有機(jī)太陽(yáng)能電池（Organic solar cells, OSCs）因其成本低、質(zhì)量輕和可柔性化等諸多優(yōu)點(diǎn)，在柔性和便攜式設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用前景，受到越來(lái)越多的重視。特別是柔性O(shè)SCs可作為可穿戴電子體系（電子紡織品和合成皮膚等）的供電系統(tǒng)成為了研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著新型可穿戴電子體系在生命體征監(jiān)控、人機(jī)交互等領(lǐng)域迅猛發(fā)展，可延展性、高彈性特點(diǎn)成為其中磅礴興起的熱點(diǎn)方向。近年來(lái)，盡管OSCs發(fā)展迅速，但是柔性光伏器件的效率遠(yuǎn)低于剛性器件的效率水平，尤其是對(duì)可延展性柔性O(shè)SCs的研究嚴(yán)重滯后。

近日，中科院寧波材料所葛子義團(tuán)隊(duì)通過(guò)三元策略引入能級(jí)匹配和光譜互補(bǔ)的聚合物PY-IT第三組分，有效調(diào)控了活性層形貌，基于Ag grids/PET柔性電極制備的三元電池效率獲得了16.52%。得益于活性層纏繞結(jié)構(gòu)的合理構(gòu)筑，器件的機(jī)械穩(wěn)定性和熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性都得到明顯提高。制備的倒置器件85℃避光儲(chǔ)存在手套箱中研究其熱穩(wěn)定性，相比于二元器件，三元器件在熱儲(chǔ)存下的效率衰減明顯減弱。

通常聚合物具有長(zhǎng)鏈優(yōu)勢(shì)，且分子之間結(jié)合緊密，克服了小分子脆性特性，通過(guò)三元策略引入聚合物PY-IT客體有效構(gòu)筑了纏繞結(jié)構(gòu)形態(tài)活性層，沿鏈長(zhǎng)分布式的負(fù)載應(yīng)力易于消散應(yīng)變能，提高薄膜延展性。隨著客體PY-IT摻雜比例的增大，活性層薄膜的斷裂拉伸應(yīng)變也提高。此外固化的薄膜形態(tài)有效抑制了小分子受體的擴(kuò)散和結(jié)晶。
GIWAXS研究不同體系活性層薄膜的結(jié)晶和堆積。圖3（B）中，相比于85℃熱退火10分鐘，160℃退火4h后的全小分子薄膜π-π堆疊衍射峰（藍(lán)色部分1）和層狀堆疊衍射峰（藍(lán)色部分3）更尖銳，且增強(qiáng)的結(jié)晶峰來(lái)自給體和受體。在藍(lán)色部分2處，相比于85℃熱退火10分鐘，160℃退火4h的全小分子混合薄膜也觀察到額外的BT-2F衍射峰，在2D GIWAXS圖案中可以清楚地看到兩個(gè)環(huán)形衍射峰（藍(lán)色部分4）（qxy = 0.31 Å-1和qxy = 0.42 Å-1），這意味著熱儲(chǔ)存會(huì)誘導(dǎo)小分子材料強(qiáng)的結(jié)晶，不利于器件的熱儲(chǔ)存。三元共混薄膜中，在160°C熱退火后小分子受體BTP-eC9的結(jié)晶明顯被抑制，這主要是由于第三組分的引入形成了纏繞結(jié)構(gòu)形態(tài)，固化了活性層形貌，三元器件也展現(xiàn)出優(yōu)異的熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

原標(biāo)題：中科院寧波材料所實(shí)現(xiàn)高機(jī)械延展性柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池