【儀表網 研發快訊】近年來，隨著可穿戴電子設備市場的增長，對可穿戴發電設備的要求越來越嚴格。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而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極富挑戰。(買儀表，賣儀表就上儀表網！ 找產品、看訂單…一站式全搞定！)
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簡便方法。研究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，這些寡聚物受體表現出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，該研究制備了相應的剛性電池器件。研究通過對電池各種參數的表征測試發現，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19.01%的剛性光電轉化效率和17.91%的柔性光電轉化效率。這一柔性效率是目前報道的柔性有機太陽能電池的最高效率之一。
進一步，研究對活性層材料進行拉伸測試。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接近12%的斷裂拉伸率，同比增長超過50%。研究通過對不同薄膜拉伸后形貌的分析提出，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，且這種行為導致薄膜力學性能的顯著增長。
相關研究成果以Ductile Oligomeric Acceptor-modified Flexible Organic Solar Cells show Excellent Mechanical Robustness and near 18% Efficiency為題，發表在《先進材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到國家自然科學基金、國家杰出青年科學基金、寧波市重點科技項目與浙江省自然科學基金的支持。
圖1. 聚合物給體D18、小分子受體N3、寡聚物受體材料結構
圖2. 電池光電轉化效率及相關參數表征結果
圖3. 不同薄膜拉伸后斷裂以及拉伸后松弛圖
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