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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——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

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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青島能源所等提出改善有機(jī)太陽能電池器件的柔性和穩(wěn)定性的通用策略

2020-06-23 青島生物能源與過程研究所

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語音播報(bào)

　　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。

　　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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