——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報(bào)
有機(jī)太陽能電池(OPV)技術(shù)憑借質(zhì)輕、柔性、半透明、弱光敏感及可通過卷對(duì)卷大面積制備等優(yōu)點(diǎn)獨(dú)樹一幟,可在便攜式和柔性電子消費(fèi)應(yīng)用領(lǐng)域與無機(jī)太陽能電池形成有效互補(bǔ),引起了國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。近幾年OPV的效率已取得長足進(jìn)步,超過18%。然而,關(guān)于OPV器件的穩(wěn)定性研究卻滯后于效率的發(fā)展。目前,OPV較差的光熱穩(wěn)定性是其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化面臨的阻力。
中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員包西昌帶領(lǐng)的先進(jìn)功能材料與器件研究組,大連理工大學(xué)教授王錦艷帶領(lǐng)的耐高溫高性能工程塑料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),以及上海同步輻射光源研究員楊春明,合作提出一種基于耐高溫聚芳醚樹脂提升有機(jī)太陽能電池穩(wěn)定性和柔性的通用性策略,相關(guān)研究成果以A Universal Method to Enhance Flexibility and Stability of Organic Solar Cells by Constructing Insulating Matrices in Active Layers為題,發(fā)表在Advanced Functional Materials(《先進(jìn)功能材料》)上。
耐高溫聚芳醚樹脂是特種工程塑料,具有耐高溫和水氧穩(wěn)定性,可滿足極端環(huán)境下的使用需求。相反,有機(jī)光伏材料因?yàn)殚L柔性側(cè)鏈的存在(改善溶解性)難以避免自身分子的高溫蠕動(dòng)行為,這是導(dǎo)致OPV器件穩(wěn)定性差的原因之一。同時(shí),聚芳醚高度扭曲的主鏈結(jié)構(gòu)賦予了聚合物薄膜機(jī)械性能和可拉伸性。光伏給受體化合物在薄膜力學(xué)性能上弱于耐高溫聚芳醚樹脂。研究中,通過在OPV的活性層內(nèi)構(gòu)筑耐高溫聚芳醚樹脂的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu),研究了耐高溫聚芳醚樹脂在活性層內(nèi)對(duì)器件效率、穩(wěn)定性和柔性的影響因素及機(jī)制。這種耐高溫樹脂網(wǎng)絡(luò)化的形貌阻止了光伏給受體在高溫下的分子蠕動(dòng)行為,提升了OPV器件的穩(wěn)定性。聚芳醚之間的鏈纏結(jié)效應(yīng)也阻止了光伏給受體分子在高拉伸強(qiáng)度下的斷裂行為,提升了活性層的拉伸性能和器件的柔性。該研究首次使用原位廣角X射線衍射拉伸測試表征了光伏活性層薄膜的拉伸形變行為。研究發(fā)現(xiàn),耐高溫聚芳醚樹脂在給受體活性層內(nèi)可能存在著電子隧穿效應(yīng),因此上述策略并不會(huì)大幅降低器件的光電轉(zhuǎn)化效率。在器件光電轉(zhuǎn)化效率(PCE)保持15.17%基礎(chǔ)上,活性層的斷裂伸長率可以高達(dá)25.07%,這是目前高效有機(jī)太陽能電池(PCE>8%)的最高值。研究工作為提升OPV器件的穩(wěn)定性和柔性提供了一種通用性策略,并為其在未來柔性能源領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了有效方法。
青島能源所先進(jìn)有機(jī)功能材料與器件團(tuán)隊(duì)博士韓建華、大連理工大學(xué)博士鮑鋒為論文共同第一作者,論文通訊作者為包西昌、陽仁強(qiáng)(青島能源所研究員)、王錦艷和楊春明。研究工作得到中科院青促會(huì)、國家自然科學(xué)基金、精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。
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