中國粉體網訊 11月1日，中國科學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建超高拉伸性的高效有機光伏電池。該工作近期以題為“Overlapping fasten packing enables efficient dual-donor ternary organic solar cells with super stretchability”發表在國際能源領域知名期刊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特優勢被不斷研究。隨著光伏材料和器件工程的飛速發展加快了OSC的產業化進程。然而，如何有效地提高OSC的穩定性是實現實際應用所面臨的重中之重。與無機太陽能電池不同，OSC可以應用于柔性和可穿戴電子領域，對活性層提出了更嚴格的要求。
作為OSC光電轉換核心的活性層材料、分子排列和網絡形態是影響OSC柔性和穩定性的重要因素。一般情況活性層為亞穩態結構，會隨著時間的推移，分子會扭曲和蠕動，導致材料之間的分層，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定性和機械穩定性也尤其重要。因此，調節活性層中的分子堆積和糾纏、改變活性層的內部和表面特性對提高器件機械穩定性和熱穩定性具有重要意義。
為此,該所先進有機功能材料與器件研究組分別利用兩種具有不同側鏈的聚合物給體(PBB1-Cl和PBB2-Cl)作為第三組分來精細調節活性層內部及表面特性，以改善有機太陽能電池的性能。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，特別是PBB1-Cl擁有一維側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顯著增強。
研究表明，加入20wt%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%)，相應器件的轉換效率(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，三元共混膜的玻璃化轉化溫度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500次彎曲或100℃退火24小時內仍保持在74%以上。
結果表明，增強活性層中的分子間重疊緊密堆積優化活性層內外特性對于改善OSC的光伏性能、機械穩定性和熱穩定性具有重大潛力。
（中國粉體網編輯整理/波德）
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