6月22日，記者從中國科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所獲悉，由該所包西昌研究員帶領(lǐng)的先進(jìn)功能材料與器件研究組與大連理工大學(xué)王錦艷教授的“科技部重點(diǎn)領(lǐng)域”耐高溫高性能工程塑料創(chuàng )新團隊、上海同步輻射光源的楊春明研究員合作提出了一種基于耐高溫聚芳醚樹(shù)脂提升有機太陽(yáng)能電池穩定性和柔性的通用性策略，相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上。
有機太陽(yáng)能電池(OPV)技術(shù)憑借獨特的質(zhì)輕、柔性、半透明、弱光敏感以及可通過(guò)卷對卷大面積制備等優(yōu)點(diǎn)獨樹(shù)一幟，可在便攜式和柔性電子消費應用領(lǐng)域與無(wú)機太陽(yáng)能電池形成有效互補，吸引了國內外科研機構和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。
據介紹，近幾年OPV的效率已經(jīng)取得了長(cháng)足進(jìn)步，超過(guò)18%。然而，關(guān)于OPV 器件的穩定性研究卻遠遠滯后于效率的發(fā)展。目前階段，OPV 較差的光熱穩定性是其實(shí)現產(chǎn)業(yè)化所面臨的一大阻力。
包西昌研究員帶領(lǐng)的先進(jìn)功能材料與器件研究組與王錦艷教授的“科技部重點(diǎn)領(lǐng)域”耐高溫高性能工程塑料創(chuàng )新團隊、楊春明研究員開(kāi)展協(xié)同創(chuàng )新，合作科研，提出了一種基于耐高溫聚芳醚樹(shù)脂提升有機太陽(yáng)能電池穩定性和柔性的通用性策略。
耐高溫聚芳醚樹(shù)脂是一種可用于軍工極端環(huán)境下的特種工程塑料，具有優(yōu)異的耐高溫和水氧穩定性，可以滿(mǎn)足極端環(huán)境下的使用需求。與之相反，有機光伏材料因為長(cháng)柔性側鏈的存在(改善溶解性)難以避免自身分子的高溫蠕動(dòng)行為，這是導致OPV器件穩定性差的重要原因之一。與此同時(shí)，聚芳醚高度扭曲的主鏈結構賦予了聚合物薄膜優(yōu)異的機械性能和可拉伸性。經(jīng)典的光伏給受體化合物在薄膜力學(xué)性能也上遠遠弱于耐高溫聚芳醚樹(shù)脂。該工作中，通過(guò)在OPV的活性層內構筑耐高溫聚芳醚樹(shù)脂的網(wǎng)絡(luò )化結構，研究了耐高溫聚芳醚樹(shù)脂在活性層內對器件效率、穩定性和柔性的影響因素及機制。這種耐高溫樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò )化的形貌有效阻止了光伏給受體在高溫下的分子蠕動(dòng)行為，提升了OPV器件的穩定性。并且聚芳醚之間的鏈纏結效應也阻止了光伏給受體分子在高拉伸強度下的斷裂行為，提升了活性層的拉伸性能和器件的柔性。該工作也首次使用了原位廣角X 射線(xiàn)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，耐高溫聚芳醚樹(shù)脂在給受體活性層內可能存在著(zhù)電子隧穿效應，因此上述策略并不會(huì )大幅降低器件的光電轉化效率。在器件光電轉化效率(PCE)保持15.17%基礎上，活性層的斷裂伸長(cháng)率可以高達25.07%，這是目前高效有機太陽(yáng)能電池(PCE>8%)的最高值。上述工作為提升OPV 器件的穩定性和柔性提供了一種通用性策略，并為其在未來(lái)柔性能源領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應用提供一種行之有效的方法。
據介紹，該所先進(jìn)有機功能材料與器件團隊韓建華博士和大連理工大學(xué)鮑鋒博士為論文共同第一作者，論文通訊作者為包西昌研究員和陽(yáng)仁強研究員、王錦艷教授和楊春明研究員。
