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      蘇州納米所創新實驗室駱群等開發出熱塑性彈性體界面修飾提高柔性有機太陽能電池彎曲穩定性新方法

        隨著柔性電子的快速發展,可穿戴電子設備逐漸走進我們的生活,為日常健康監測、通訊以及娛樂帶來便利。柔性有機太陽能電池具有柔性、輕質、可圖案化及室內光下能量轉換效率高的優點,用于柔性可穿戴電子設備,可減輕供能設備的重量,延長可穿戴電子設備的續航時間。用于可穿戴電子的柔性太陽能電池需要在機械拉伸以及彎曲條件下保持優異的電池性能,但柔性有機太陽能電池機械穩定性還不能真正滿足可穿戴電子中的應用需求,彎曲過程中太陽能電池性能衰減的關鍵因素還并不清楚。 

        中科院蘇州納米所創新實驗室馬昌期研究員團隊前期開發了大面積透明導電電極制備(Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 20007276)以及非晶金屬氧化物界面修飾技術(J. Mater. Chem. A 2021, 9, 16889-1697; Adv. Mater, 2022, 34, 2110276,獲得了高效柔性有機太陽能電池。近期,該研究團隊與張珽研究員團隊密切合作,就導致柔性有機太陽能電池彎曲過程中性能降解的機理及耐久性提升方案開展了系統研究。 

        項目團隊揭示了器件彎曲過程中性能衰減的原因主要是由于MoO3空穴傳輸層與有機光活性層之間弱的界面粘附力而導致的MoO3層的破壞。為了解決該問題,研究人員在有機活性層與MoO3空穴傳輸層界面處引入熱塑性彈性體SEBS。通過薄膜力學性能測試以及應力場分布的模擬,推斷彈性體材料在界面處起到了降低彈性模量,降低頂電極承受的應力,以及提升界面結合力的作用(圖1)?;趶椥泽w界面修飾的柔性大面積有機太陽能電池獲得了16.15%的高效率,且在5mm半徑條件下彎曲10000次后,器件效率保持初始值的90%以上(基底厚度125μm)。該結果是目前柔性有機太陽能電池彎曲穩定最佳性能之一(圖2),說明該方法在提高柔性太陽能電池機械耐久性方面具有重要應用前景。 

        1 SEBS界面粘結層對界面粘附力及彈性模量的影響 

        2 SEBS作為界面粘結層的柔性太陽能電池性能以及的彎曲穩定性  

        相關工作以Thermoplastic Elastomer Enhanced Interface Adhesion and Bending Durability for Flexible Organic Solar Cells為題發表在npj Flexible Electronics上。中科院蘇州納米所碩士生徐子涵為論文的第一作者,駱群項目研究員、張珽研究員、馬昌期研究員為該論文的共同通訊作者,白元元博士在力學模擬方面給予了幫助。該工作得到了國家自然科學基金、中科院青促會項目,CAS-CSIRO合作項目以及蘇州納米所納米真空互聯實驗站的支持。 

        論文鏈接 


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